«Это захватывающая находка, которая порождает целый ряд новых вопросов для исследователей», — говорит Рэйчел Грин, доктор философии, исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза и профессор молекулярной биологии и генетики Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. Главный из них, добавляет она, — это то, обладают ли белки, полученные таким необычным способом, полезными или вредными функциями и при каких условиях — вопросы, которые могут помочь нам в понимании роста раковых клеток и того, как клетки реагируют на стресс.Подводя итоги исследований дрожжевых клеток, которые будут опубликованы 13 августа в журнале Cell, Грин и ее команда сообщают, что производство атипичного белка происходит, когда рибосомы не могут быть «переработаны», когда они достигают сигнала «стоп» в мРНК.
По еще не выясненным причинам, говорит Грин, «мошеннические» рибосомы перезапускаются без «стартового» сигнала и производят небольшие белки, функции которых неизвестны.Рибосомы состоят из специализированных молекул РНК (химические родственники ДНК), которые работают вместе с белками, чтобы читать несущие инструкции мРНК и «транслировать» их сообщение для создания белков. Каждая мРНК начинается с «стартового» кода, за которым следует план для конкретного белка, за которым следует «стоп-код». А еще есть сегмент кода, который всегда называли «непереведенной областью», потому что ученые никогда не видели, чтобы он был переведен в белок.
Но больше нет, по словам Грина и научного сотрудника Николаса Гайдоша, доктора философии, который вместе с командой из Национального института здоровья детей и развития человека начал проект из любопытства по поводу дрожжевого белка под названием Rli1.Предыдущие исследования показали, что Rli1 может расщеплять рибосомы на две составляющие, когда они сталкиваются со стоп-кодом и больше не нужны. Они говорят, что этот процесс «рециркуляции» отделяет рибосому от ее текущей молекулы мРНК, чтобы она была доступна для трансляции другой. Но неясно, ведет ли себя Rli1 таким же образом в живых клетках.
Чтобы выяснить это, исследователи лишили живые дрожжевые клетки Rli1, предсказав, что трансляция будет замедляться, поскольку рибосомы накапливаются по стоп-кодам. Чтобы «увидеть», где находятся рибосомы, команда добавила к клеткам фермент, который пережевывает любую открытую РНК. РНК, связанная рибосомами, будет защищена, а затем может быть выделена и идентифицирована.
Как и предполагалось, истощение Rli1 увеличивает количество рибосом, находящихся на стоп-кодах. Но они также увидели доказательства того, что рибосомы находятся в непереведенной области, что они назвали сюрпризом.
Чтобы выяснить, действительно ли рибосомы считывают данные из нетранслируемой области для создания белков, команда вставила в эту область генетический код для белка, количество которого они могли легко измерить. Клетки с Rli1 не производили белок, но клетки без Rli1 производили, что доказывает, что их рибосомы действительно были активны в нетранслируемой области.Дальнейшие эксперименты показали, что рибосомы не просто продолжали трансляцию после стоп-кода, чтобы создать сверхдлинный белок.
Сначала они, как обычно, высвободили регулярно кодируемый белок, а затем снова начали трансляцию поблизости.«Похоже, рибосомы устали ждать, пока их разберут, и решают вернуться к работе», — говорит Гайдош. «Работа по производству белка, которая появляется прямо перед ними, находится в непереведенной области».
Как уже отмечалось, назначение этих многих маленьких белков неизвестно, но Грин говорит, что одна возможность связана с тем фактом, что рибосомы увеличиваются в нетранслируемой области, когда дрожжи испытывают стресс из-за недостатка пищи. «Возможно, эти маленькие белки действительно помогают дрожжам реагировать на голод, но это только предположение», — говорит она.Грин отмечает, что, поскольку рибосомы необходимы для создания новых белков и роста клеток, ученые считают, что скорость репликации клеток определяется, по крайней мере частично, тем, сколько в них рибосом. Клетки, лишенные Rli1, не могут расти, потому что все их рибосомы заняты в стоп-кодах и в нетранслируемых областях. Таким образом, раковые клетки повышают уровень Rli1 для быстрого роста.
«Ранее мы не понимали, насколько важна рециркуляция рибосом для правильной трансляции мРНК», — говорит Грин. «Без этого рибосомы отвлекаются от своей обычной работы, которая имеет решающее значение для нормального поддержания и роста клеток. Это открытие вызывает вопросы, которые мы даже не знали раньше».