Исследователи из группы Марвина Таненбаума из Института Хубрехта показали, что трансляция генетической информации, хранящейся в нашей ДНК, гораздо сложнее, чем считалось ранее. Это открытие было сделано путем разработки усовершенствованной микроскопии, которая непосредственно 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 одну и ту же ДНК, но разные клетки, такие как клетки мозга или мышечные клетки, выполняют разные функции. Различия в функциях клеток зависят от того, какие части генетической информации (называемые генами) активны в каждой клетке. Генетическая информация, хранящаяся в этих генах, транслируется специализированными фабриками трансляции, называемыми рибосомами. Рибосомы считывают генетический код и собирают белки на основе информации, хранящейся в этом генетическом коде, аналогично фабрике, строящей машину по чертежу. Белки являются рабочими лошадками нашего организма и выполняют функции, закодированные в наших генах. Для правильного функционирования наших клеток и органов крайне важно, чтобы генетическая информация, хранящаяся в наших генах, точно транслировалась в белки. Если генетический код транслируется неправильно, могут образовываться вредные белки, которые могут привести к неврологическим заболеваниям, таким как болезнь Гентингтона.
«Рамка считывания» генов
Генетический код переводится группами по 3 буквы, каждая из которых напоминает слово, которое переводится в одну часть белка. Если рибосома начинает транслировать код с неправильной позиции, может произойти сдвиг трехбуквенного кода. Например, предложение ниже должно выглядеть так:
"мужчина увидел свою новую красную машину"
Однако, если рибосома начнет переводить это предложение на одну букву позже, предложение будет выглядеть так:
"hem ans awh is ewr edc ar"
В случае с генетическим кодом это явление называется трансляцией вне кадра. Санне Бурсма, исследователь из Института Хубрехта, объясняет: «Как видно из примера, трансляция вне кадра оказывает большое влияние на белок и обычно приводит к тому, что белок ведет себя по-другому и может повредить клетку». До сих пор было неясно, как рибосома узнает, с чего начать перевод кода, и как часто рибосома ошибается.
Новый метод: SunTag и MoonTag
Исследователи разработали новый метод визуализации расшифровки нашей генетической информации в живых клетках. Они смогли пометить различные белковые продукты разными цветами и визуализировать производство каждого типа белка с помощью современной микроскопии. Каждый белок был помечен специальной меткой или меткой, называемой SunTag и MoonTag, которую они могли видеть в микроскоп. Объединив MoonTag и SunTag, исследователи впервые смогли увидеть, как часто происходит трансляция вне кадра.
Большой сюрприз
Исследователи обнаружили, что перевод вне кадра происходит на удивление часто. В крайних случаях почти половина всех построенных белков использовала другую рамку считывания или код, отличный от ожидаемого кода. Эти удивительные результаты показывают, что генетическая информация, хранящаяся в нашей ДНК, намного сложнее, чем считалось ранее. Согласно новому исследованию, наша ДНК, вероятно, кодирует тысячи ранее неизвестных белков с неизвестными функциями. Санне Бурсма: «Благодаря нашему исследованию мы теперь можем задать очень важные вопросы: что делают все эти новые белки? Выполняют ли они важные функции в нашем организме или являются отходами, побочными продуктами трансляции, которые могут повредить наши клетки?»