Человеческое тело состоит из десятков триллионов клеток. Каждая клетка содержит тысячи белков, которые определяют, как клетка должна формироваться и какие функции она должна выполнять. Белки, в свою очередь, состоят из сотен аминокислот.
План каждого белка определяется генетическими кодонами, которые представляют собой триплеты нуклеотидов, которые могут образовывать 20 различных типов аминокислот. То, как аминокислоты связаны друг с другом, затем определяет, какие белки в конечном итоге вырабатываются, и, в свою очередь, какие функции будет выполнять клетка.Исследователи обнаружили, что значение имеет не только последовательность аминокислот, но и скорость процесса, в котором аминокислоты объединяются в функциональный белок.
«Наши результаты открыли новый« код »в генетическом коде. Мы считаем, что это очень важно, поскольку открытие раскрывает важный регуляторный процесс, который влияет на всю биологию», — сказал доктор И Лю, профессор физиологии.Давно известно, что почти каждая аминокислота может кодироваться множеством синонимичных кодонов и что каждый организм, от человека до грибов, отдает предпочтение определенным кодонам. Исследователи обнаружили, что чаще всего используются кодоны? «предпочтительные кодоны»? ускоряют процесс производства аминокислотной цепи, в то время как менее часто образующиеся кодоны замедляют этот процесс.
Использование предпочтительных или нежелательных кодонов похоже на наличие знаков скорости на магистрали производства белка: одни сегменты нужно делать быстрыми, а другие — медленными.«Генетический код нуклеиновых кислот играет центральную роль в жизни, поскольку он определяет аминокислотные последовательности белков», — сказала д-р Лю, научный сотрудник Луизы В. Кан в области биомедицинских исследований. «Влияя на скорость, с которой белок собирается из строительных блоков аминокислот, использование« быстрых »и« медленных »кодонов может повлиять на сворачивание белка, что является процессом, который позволяет белку принимать правильную форму для выполнения определенных Этот механизм контроля скорости гарантирует, что белки правильно собираются и складываются в разных клетках.
Следовательно, генетический код определяет не только последовательность аминокислот, но и форму белка ».Исследователи обнаружили, что белки с идентичными аминокислотными последовательностями могут выполнять разные функции, если они собираются с разной скоростью.
Это может иметь важные последствия для выявления мутаций, вызывающих заболевание человека, потому что это исследование показывает, что мутация не должна изменять идентичность аминокислот, чтобы вызвать заболевание. Фактически, большинство мутаций в ДНК человека не приводят к замене аминокислот.«Таким образом, наше исследование показывает, что новый« код »- ограничение скорости сборки — внутри генетического кода может определять конечную функцию данного белка», — сказал доктор Лю.Результаты появились на обложке журнала Molecular Cell, одного из ведущих журналов по молекулярной биологии, биофизике и биохимии.
Последние результаты расширяют предыдущие исследования, опубликованные доктором Лю и его коллегами из журнала Nature в 2013 году, которые открыли новые возможности, продемонстрировав, что синонимичные кодоны белка циркадных часов не одинаковы для создания функциональных белков, несмотря на то, что они кодируют одни и те же аминокислоты. . Гены могут адаптироваться к различным изменениям окружающей среды, выбирая наиболее оптимальный кодон, что противоречит естественному отбору.Доктор Лю и его команда могут изучать эти системы, используя грибок хлебной плесени под названием Neurospora crassa. Использование плесени позволяет легко манипулировать ее генами и кодонами в лаборатории, что труднее сделать на животных.
Лаборатория доктора Лю также пытается разгадать секреты хронобиологии и молекулярных механизмов, лежащих в основе ежедневных биологических часов организма, называемых циркадными часами. Биологические часы описаны почти у всех организмов, варьирующихся по сложности от одноклеточных организмов до млекопитающих, и предназначены для контроля суточных ритмов, таких как цикл сна-бодрствования и активности, циклы температуры тела, эндокринные функции и экспрессия генов.