Учёные обнаружили «скоростные ограничения» в генетическом коде
Исследователи из Case Western Reserve University обнаружили, что скорость имеет значение при расшифровке критической информации в генетическом коде матричной РНК (mRNA). Результаты, опубликованные 12 марта в журнале Cell, дают учёным новую информацию для точного управления клетками при лечении болезней.
Суть открытия
- Генетический код содержит 61 «слово» — кодон (последовательность из трёх нуклеотидов).
- Кодон не только определяет, какая аминокислота будет включена в белок, но и скорость этого процесса.
- Все кодоны расшифровываются рибосомами с разной скоростью: одни быстро, другие медленно.
- Общая скорость декодирования mRNA (сумма скоростей всех кодонов в ней) влияет на количество производимого белка. Иногда высокая скорость лучше для большого количества белка, иногда низкая — для его ограничения.
Ключевой механизм
- Различия в скорости распознавания отдельных кодонов невелики, но суммируются по всей длине mRNA, оказывая мощный эффект.
- Поскольку кодоны избыточны (многие кодируют одну и ту же аминокислоту), можно изменить последовательность mRNA, не меняя последовательность белка, но кардинально меняя уровень его производства.
- mRNA translation и mRNA decay тесно связаны. Использование оптимальных кодонов стабилизирует mRNA и делает её трансляцию более эффективной. Неоптимальные кодоны приводят к плохой трансляции и нестабильности mRNA.
Практическое значение
- Биоинженерия: можно манипулировать геном, используя идеальные кодоны, для получения желаемого уровня экспрессии белка.
- Медицина: можно изучить «скоростные ограничения» для каждой mRNA и выяснить, меняются ли они при патологиях (например, раке).
- Поиск причин болезней: изменение скоростей трансляции, зависящих от кодонов, может глубоко менять функцию белка без первичной мутации гена. Это может лежать в основе целых классов заболеваний. Например, в более чем 450 образцах рака могут меняться факторы, влияющие на эти «скоростные ограничения».
- Разработка лекарств: потенциально возможно создание препаратов, изменяющих уровень экспрессии генов через манипуляцию скоростью декодирования.
Следующий шаг — определить, могут ли изменения скорости декодирования быть механизмом, изменяющим экспрессию генов при заболеваниях человека.