Гены могут избирательно реагировать на световые сигналы
Ученые показали, что освещение генов различной последовательностью световых сигналов порождает разный отклик. Это позволит биологам в будущем более гибко управлять генами при помощи излучения
В своей работе исследователи модифицировали клетку дрожжей, добавив в нее ген, который производит флуоресцентные белки, когда клетка подвергается воздействию синего света. Область гена, называемая промотором, отвечает за контроль его активности. В модифицированных клетках дрожжей специфический белок связывается с промоторной областью гена. Когда исследователи светят голубым светом на этот белок, он становится восприимчивым ко второму белку. Когда второй белок связывается с первым, ген становится активным. И это легко обнаружить, так как активированный ген производит светящиеся в темноте белки.
Ученые затем освещали эти модифицированные дрожжевые клетки светом в различных вариантах — всего авторы перебрали 119 возможностей. Каждая из них различалась с точки зрения интенсивности света, длительности светового импульса и частоты импульсов в единицу времени. Затем исследователи определили количество флуоресцентного белка, вырабатываемого клетками в ответ на каждый световой паттерн.
Если световой паттерн приводил к образованию большого количества флуоресцентного белка, это значило, что световой паттерн сделал ген очень активным. Если же воздействие света приводило к образованию небольшого количества белка, значит активность гена была умеренной в ответ на импульс. Авторы обнаружили, что различные последовательности облучения могут давать очень разные результаты с точки зрения активности генов.
Самым большим сюрпризом для ученых оказалось то, что индуцируемая активность не была напрямую связана с входящим сигналом. Авторы ожидали, что чем сильнее сигнал, тем активнее будет ген. Но оказалось, что это правило не работало. Один световой паттерн может сделать ген значительно более активным, чем другая последовательность облучения, даже если оба паттерна подвергали ген воздействию одинакового количества света.
В отдельной серии экспериментов биологи обнаружили, что гены также способны отфильтровывать некоторые сигналы. Механика этого процесса одновременно проста и загадочна. Например, когда второй белок присоединялся к промоторной области гена, некоторые частоты световых импульсов не запускали выработку флуоресцентных протеинов. Иными словами, исследователи знают, что второй белок гарантирует реакцию гена только на определенный набор сигналов, но исследователи не знают точно, как второй белок выполняет эти «поручения».
Статья ученых опубликована в журнале Cell Systems.
