Ошибки случаются. Так обстоит дело в процессе транспорта генетической информации в клетках. Как наши клетки контролируют ошибки в этом процессе, является предметом новой статьи исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab).
Они обнаружили, что белки, связанные с аберрантными нитями генетического кода, регулируются таким образом, что они позволяют белкам шлюза распознавать их и блокировать выход из ядра. Неиспользованные нити матричной РНК (мРНК), которые не могут выйти из ядра, в конечном итоге распадутся.
Их результаты, опубликованные в журнале Scientific Reports, проливают свет на сложную систему клеточной регуляции, которая действует как форма контроля качества транспортировки генетической информации из ядра.
Получение более полной картины того, как генетическая информация выражается в клетках, важно в исследованиях болезней, говорят исследователи.
«Некоторые компоненты этого механизма не регулируются при различных типах рака», - сказал главный исследователь исследования Мохаммад Мофрад, научный сотрудник отдела молекулярной биофизики и интегрированной биовизуализации лаборатории Беркли. «Понимание молекулярного механизма передачи и контроля качества генетической информации существенно улучшило бы текущие знания о различных типах рака и других заболеваниях человека».
Учебники по биологии уже описывают, как нити мРНК копируют участки ДНК внутри ядра клетки, а затем выходят в цитоплазму клетки. Именно в цитоплазме генетический код используется для синтеза белков, поэтому использование только правильных цепей мРНК имеет решающее значение для образования правильно функционирующих белков.
«Как и все производственные линии, процесс передачи генетической информации и производства белка контролируется на разных этапах», - сказал Мофрад. «На сегодняшний день точный механизм этого шага контроля качества остается неясным».
Предыдущие исследования рассматривали конкретные этапы этого процесса, но сложная система сортировки РНК, которая готова покинуть ядро, до конца не изучена.
Мофрад, который также является профессором биоинженерии и машиностроения в Калифорнийском университете в Беркли, и его докторская степень. студент Мохаммад Сохейлипур обратился к компьютерной модели, чтобы пролить свет на этот процесс экспорта мРНК.
«С помощью экспериментов мы можем изучать части системы, но их способность обеспечивать уровень пространственного и временного разрешения, необходимый для реального понимания поведения всей системы, ограничена», - сказал Сохейлипур.
Исследователи сосредоточились на взаимодействии матричной РНК, РНК-связывающих белков и шлюзовых белков, называемых «белками ядерной корзины».
У человека и других позвоночных эти белки ядерной корзины называются Tpr, а у дрожжей - Mlp1 и Mlp2. Белки ядерной корзины расположены как охранники у ворот мембраны - комплекса ядерных пор (NPC), - через которые должна пройти мРНК, чтобы покинуть ядро.
После проверки компьютерной модели с помощью известных данных из предыдущих исследований исследователи запустили моделирование, чтобы проверить факторы, влияющие на транспорт мРНК из ядра.
Они обнаружили, что комбинация множества белок-белковых взаимодействий позволяет клетке проверять готовность мРНК к транспорту из ядра. РНК-связывающие белки прикрепляются к каждой цепи мРНК, помогая рекрутировать экспортные рецепторы. Исследователи обнаружили, что регуляция взаимодействия между РНК-связывающими белками и экспортными рецепторами является ключом к тому, чтобы белки ядерной корзины различали аберрантные мРНК и удерживали их внутри ядра.
«Представьте, что для того, чтобы выйти из ворот, вам нужно определенное количество подтвержденных билетов», - сказал Сохейлипур. «РНК-связывающие белки подобны билетам, которые нужны мРНК для выхода, но эти билеты должны быть подтверждены экспортными факторами. Без достаточного количества подтвержденных билетов защитные белки не распознают цепь мРНК как нечто, что позволяет пройти через ворота мембраны."
Исследование также показало, что более длинные нити мРНК имеют больше проблем при прохождении через ядерную мембрану. Они предполагают, что, поскольку более длинной мРНК требуется дополнительное время, чтобы уплотниться при попытке пройти через ворота, защитные белки имеют больше шансов проверить наличие «подтвержденных билетов».
В будущих исследованиях можно будет рассмотреть больше факторов в этой системе, говорят исследователи.