Сегодня группа исследователей из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) описывает в Nature Biotechnology свой успех в парадоксальном подавлении процесса, который эволюционировал для предотвращения синтеза несовершенных белков. Оказывается, иногда полезно продолжить синтез белка, но только в очень особых случаях.Естественный процесс, называемый бессмысленным распадом, или NMD, дает клеткам возможность обнаруживать ошибки в кодированных сообщениях РНК, называемых транскриптами, которые копируются из ДНК при активации генов.
Процесс копирования называется транскрипцией. Активация гена побуждает клетку создавать РНК-копию своего кода, редактировать ненужные сегменты этого сообщения и объединять окончательную версию сообщения, которая предоставляет клеточным фабрикам (рибосомам) шаблон для создания одного конкретного белка.Мутации в генах могут испортить работу с самого начала.
Хотя мутации бывают разных видов, один из них, называемый бессмысленными мутациями, включает в себя, казалось бы, безобидное изменение одной буквы в закодированном сообщении — изменение, которое приводит к тому, что сообщение гена преждевременно читается как «остановка».Когда все работает нормально, сигнал остановки приходит в самом конце закодированного сообщения.
Это говорит рибосоме, что процесс производства белка должен быть завершен в соответствующем месте.Когда сигнал остановки поступает слишком рано из-за неправильной буквы в коде, процесс завершается преждевременно и возможны различные результаты.
Часто ячейка отмечает ошибку и задействует процесс НПРО как способ предотвращения плохих результатов. Через NMD ошибочное сообщение ухудшается, и вырабатывается мало белка или вообще не производится. В других случаях все еще производится аномально короткая версия белка.
Такие усеченные белки иногда безвредны. В других случаях они частично полезны для клетки. В других случаях слишком короткий белок может иметь токсические эффекты.
Команда, возглавляемая профессором CSHL Адрианом Крайнером, специалистом по сложным процессам, которые клетки используют для объединения сообщений РНК (называемых мРНК), которые служат белковыми матрицами, теперь разработала метод предотвращения задействования NMD.
Важное предостережение: его команда определила, как деактивировать этот клеточный механизм контроля качества только тогда, когда это выгодно — только когда это приведет к терапевтическому восстановлению производства белка, независимо от того, является ли полученный белок полноразмерным или, по крайней мере, частично. функциональный.Отчасти задача состоит в том, чтобы знать, в каких ситуациях будет выгодно подавлять НПРО.
Детали носят технический характер, включая то, как далеко — сколько закодированных букв РНК — возникает сигнал преждевременной остановки относительно того места в сообщении, которое служит местом загрузки для EJC (комплекса соединений экзонов). EJC похожи на метки глав или теги, депонированные в ядре клетки при редактировании или склейке скопированного сообщения РНК гена.Инновация, успешно протестированная Крайнером и его командой, включая первого автора новой статьи Томоки Номакучи, а также Изабель Азнарес и Фрэнка Риго, включает использование молекулы, называемой ASO (антисмысловой олигонуклеотид), которая блокирует сайт, обычно занимаемый конкретный EJC.
«Мы хотим сместить или заменить EJC только в одном месте в сообщении сращенной РНК гена», — объясняет Крайнер. «Мы проектируем и тестируем ASO, который предотвратит привязку определенного EJC к сообщению; другие не затронуты».Почему? Потому что, когда клетка обнаруживает EJC на определенном расстоянии от сигнала «стоп» в генном сообщении, то есть когда она вызывает механизм NMD в действие, чтобы остановить декодирование сообщения, что приводит к его деградации.
Хитрость заключается в том, чтобы делать это только в сообщениях генов, в которых сигнал преждевременной остановки, если его игнорировать, тем не менее приведет к выработке полноразмерного или, по крайней мере, частично функционального белка — того, который окажет полезное влияние на процесс болезни. .«Мы препятствуем способности оборудования NMD нацеливаться на такие мРНК для разрушения», — говорит Крайнер. «Это означает, что клетка будет производить больше белка. Он все еще может быть усечен, но это может быть полезно. В других случаях усеченный белок не будет функционировать или даже может быть токсичным».
В последнем случае либо не имеет смысла вмешиваться в ASO; или, по словам Крайнера, ASO можно комбинировать с так называемыми «сквозными лекарствами». Это препараты — все еще экспериментальные — которые предотвращают преждевременные стоп-сигналы от остановки производства белка рибосомами, хотя NMD имеет тенденцию ограничивать их эффективность.
Текущая работа показывает, что комбинирование лекарственного средства для считывания с подходящим блокирующим EJC ASO приводит к тому, что клетки производят значительно больше полноразмерного белка.