Эффективность производства белка можно предсказать по последовательности гена

Бразильские исследователи, проанализировав общедоступные базы данных по мРНК и белкам, выяснили, как выбор последовательности гена может предсказывать различные аспекты синтеза белка, включая эффективность его производства. Исследование опубликовано в Nucleic Acids Research.

Хотя одну и ту же аминокислоту могут кодировать разные кодоны (вырожденность генетического кода), некоторые комбинации приводят к более высокому выходу белка. Оптимальные и неоптимальные кодоны могут, соответственно, снижать или усиливать деградацию мРНК.

Учёные из Федерального университета Рио-де-Жанейро под руководством Фернандо Пальяно и Татьяны Домитрович использовали метрику, основанную на кодоновом составе мРНК, для сравнения существующих данных с различными клеточными параметрами. Они обнаружили, что эта метрика хорошо коррелирует с обилием белка и эффективностью его производства, а также помогает выявить наиболее согласованные наборы данных по распаду мРНК.

Исследование подтвердило, что деградация мРНК связана с эффективностью производства белка. «Даже белки, необходимые в больших количествах в специфических условиях, например, при стрессе, имеют оптимизированную для эффективной трансляции последовательность гена», — отмечает Фернандо Пальяно.

Также было показано, что выбор кодонов важен не только для гарантии высокого производства белка, но и для снижения выхода белков, которые должны производиться в минимальных количествах (например, регуляторных белков).

«Количество производимого в клетке белка критически важно для поддержания здоровья — многие человеческие болезни, такие как муковисцидоз и рак, вызваны неэффективным или несбалансированным производством белка», — говорит Татьяна Домитрович.

Авторы отмечают, что многие «молчащие» мутации ДНК (меняющие кодон, но не аминокислоту) могут значительно изменить скорость производства белка и привести к болезни. Целенаправленный выбор последовательности гена позволяет точно настраивать производство белка и улучшать его биотехнологическое применение.