Ученые описали механизм контроля уровня белков в клетках

Новое исследование генетиков раскрыло, как клетки определяют момент остановки трансляции ДНК в белки — критически важный процесс для поддержания здорового уровня белков и функций клетки. Работа опубликована в журнале Cell.

Ключевой фермент-«сенсор»

Ученые изучили роль коротких фрагментов генетического материала — матричной РНК (мРНК), которая служит посредником между ДНК и кодируемыми ею белками. Исследователи искали ответ на загадку: как клетка понимает, когда пора прекращать производство мРНК и координировать остановку этого процесса?

Команда под руководством Джеффа Коллера, PhD, директора Центра молекулярной биологии РНК в Медицинской школе Университета Кейс Вестерн Резерв, обнаружила, что фермент DEAD-бокс белок Dhh1p оценивает молекулы мРНК и определяет, нужны ли они еще или должны быть уничтожены.

Как работает механизм

Клетки производят мРНК, когда им нужен конкретный белок. Как только потребность исчезает, соответствующие мРНК разрушаются. Этот процесс сложен и требует согласованной работы нескольких ферментов.

Исследование показало, что Dhh1p отвечает за оценку мРНК и маркировку для уничтожения тех из них, которые транслируются рибосомами слишком медленно.

«Мы знали, что должен быть способ сообщить системе удаления мРНК, с какой скоростью считывается генетический код. Нужен был способ "нажать на тормоза"», — пояснил Коллер.

Влияние генетической последовательности

Вместе с коллегами из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса Коллер обнаружил, что Dhh1p оценивает специфические молекулярные последовательности в мРНК.

• Рибосомы быстро транслируют распространенные последовательности мРНК в белки и медленнее — редкие последовательности.
• Dhh1p присоединяется к молекулам мРНК с неоптимальными последовательностями и физически взаимодействует с медленно движущимися рибосомами.

Согласно статье, «Dhh1p является сенсором медленных рибосом и передает эту информацию машинерии деградации мРНК». Исследование показало, что генетические последовательности — ключевой фактор стабильности мРНК, и даже изменения в 10% могут повлиять на судьбу молекулы мРНК.

Практическое значение

Работа описывает, как Dhh1p регулирует экспрессию генов, обеспечивая производство нужного количества белка в нужное время. Это дает важное понимание клеточной регуляции синтеза белка.

«Наше исследование предлагает новый взгляд на генетический код, — сказал Коллер. — Теперь я могу смотреть на код с точки зрения скорости и с разумной точностью предсказывать, сколько белка будет произведено из гена. В этом огромный потенциал для создания человеческих биологических препаратов (биологиков)».

Это открытие может помочь в лечении редких генетических заболеваний, связанных со слишком быстрым или медленным считыванием РНК.

«Мы можем манипулировать этим процессом, чтобы увеличить или уменьшить экспрессию белка. Скорость, с которой рибосома читает генетический код и которую сенсирует Dhh1p, может указать на новые типы мутаций, связанных с пока неизвестными болезненными состояниями», — заключил Коллер.