Трансляция генов оказалась сложнее, чем ожидалось

Исследователи из группы Марвина Таненбаума в Институте Хубрехта показали, что трансляция генетической информации, хранящейся в нашей ДНК, гораздо сложнее, чем считалось ранее. Это открытие стало возможным благодаря разработке метода передовой микроскопии, которая визуализирует трансляцию генетического кода в живой клетке. Их исследование опубликовано в научном журнале Cell 6 июня.

От гена к белку

Каждая клетка нашего тела содержит одинаковую ДНК, но разные клетки (например, клетки мозга или мышц) выполняют разные функции. Эти различия зависят от того, какие части генетической информации (гены) активны в каждой клетке. Информация, хранящаяся в генах, транслируется специализированными «фабриками» — рибосомами. Рибосомы считывают генетический код и собирают белки на его основе, подобно тому, как фабрика строит машину по чертежу. Белки — это «рабочие лошадки» нашего организма, выполняющие функции, закодированные в генах. Для правильной работы клеток и органов критически важно, чтобы генетическая информация транслировалась в белки точно. Если код считывается неверно, могут производиться вредные белки, что способно привести к неврологическим заболеваниям, таким как болезнь Хантингтона.

«Рамка считывания» генов

Генетический код считывается группами по 3 буквы (как «слова»), каждая из которых соответствует одной части белка. Если рибосома начинает считывание с неправильной позиции, происходит сдвиг рамки. Например, предложение «the man saw his new red car» при сдвиге на одну букву превращается в бессмысленное «hem ans awh isn ewr edc ar».

В случае генетического кода это явление называется трансляцией «вне рамки» (out-of-frame). Исследователь Санне Бурсма объясняет: «Как видно из примера, трансляция вне рамки сильно влияет на белок и обычно приводит к образованию белка с иными свойствами, который может повредить клетке». До сих пор было неясно, как рибосома определяет точку начала считывания и как часто она ошибается.

Новый метод: SunTag и MoonTag

Исследователи разработали метод визуализации декодирования генетической информации в живых клетках. Они смогли маркировать разные белковые продукты разными цветами и наблюдать за производством каждого типа белка с помощью передовой микроскопии. Каждый белок помечался специфической меткой — SunTag или MoonTag, которые можно было увидеть в микроскоп. Комбинируя эти метки, учёные впервые смогли оценить, как часто происходит трансляция вне рамки.

Большой сюрприз

Оказалось, что трансляция вне рамки происходит удивительно часто. В экстремальных случаях почти половина всех синтезированных белков использовала другую рамку считывания, чем ожидалось. Эти неожиданные результаты показывают, что генетическая информация в нашей ДНК гораздо сложнее, чем считалось. Согласно новому исследованию, наша ДНК, вероятно, кодирует тысячи ранее неизвестных белков с неизвестными функциями.

Санне Бурсма: «Теперь мы можем задать очень важные вопросы: что делают все эти новые белки? Выполняют ли они важные функции в организме или это просто побочные продукты трансляции, которые могут повредить нашим клеткам?»