Биологи обнаружили, как «молчащие» мутации влияют на производство белка
Биологи из Университета Пенсильвании раскрыли скрытый код, определяющий уровень экспрессии гена, и нашли способ отличать эффективные гены от неэффективных. Исследование, в ходе которого были созданы сотни синтетических генов зелёного флуоресцентного белка, объясняет, как клетка «знает», сколько производить каждого белка — ровно столько, чтобы поддерживать гомеостаз, но не слишком много, чтобы не вызвать токсичности.
В ходе исследования учёные проанализировали, как уровень белка регулируется синонимичными, или «молчащими», мутациями в кодирующей белок области гена.
Ключевые открытия:
- Механизм: Синонимичные мутации, не меняющие аминокислотную последовательность белка, влияют на его количество, определяя структуру сворачивания мРНК.
- Эффект: Такие мутации изменяли количество флуоресцентного белка в бактерии E. coli до 250 раз.
- Причина: Ранее предполагавшийся фактор — кодонный биас (предпочтение одного кодона другому для одной аминокислоты) — не коррелировал с уровнем экспрессии в этих экспериментах.
- Объяснение: Стабильность сворачивания мРНК в области рибосомного сайта связывания объяснила более половины вариаций в уровне белка. Неэффективные гены производили туго свёрнутые молекулы мРНК, недоступные для белкового синтезирующего аппарата.
- Дополнительный эффект: Обнаружен класс мутаций, которые не влияли напрямую на уровень белка, но замедляли рост бактерий.
Значение:
- Фундаментальное: Результаты меняют понимание роли синонимичных мутаций, ранее считавшихся эволюционно нейтральными.
- Практическое: Открытие может улучшить дизайн терапевтических генов. Использование оптимизированных генов позволит производить больше терапевтических белков (например, инсулина) в трансгенных клеточных линиях, сохраняя клетки-носители здоровыми и быстрорастущими.
Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что сворачивание мРНК и связанные с ним скорости инициации трансляции играют преобладающую роль в формировании уровня экспрессии отдельных генов, в то время как кодонный биас влияет на глобальную эффективность трансляции и жизнеспособность клетки.