Med deres seneste fund, har forskerne væsentligt fremmet forståelsen af, hvordan menneskelige celler beskytte sig mod konstant og potentielt ødelæggende ændringer i genekspression.
Ifølge en artikel offentliggjort i denne måneds Nature Structural & Molecular Biology , er forskningen vigtig, fordi den beskyttelse, selv kan bidrage til sygdom, og evnen til at omgå det kan føre til nye behandlinger for hundredvis af genetiske sygdomme.
Den plan for den menneskelige krop er kodet i gener, hvoraf mange holder de nødvendige oplysninger til at opbygge et eller flere proteiner. Genekspression er den proces, hvor oplysninger er lagret i generne omdannes til proteiner, der udgør kroppens strukturer og udføre sine funktioner. Mens genetiske instruktioner er gemt i kæder af deoxyribonucleic syrer (DNA), bliver de sat i praksis af rebonukleinsyre syrer (RNA). Messenger RNA (mRNA), en modificeret kopi af DNA, er transporteret til cellulære fabrikker kaldet ribosomer, der modtager vejledning til opbygning af proteiner ved at "læse" mRNA skabeloner.
Over tid udvikler gener for at vise ændringer i deres makeup. Nogle ændringer, eller mutationer, har ingen indvirkning, nogle give fordele at gøre organismer mere tilbøjelige til at overleve, og andre forårsage sygdom. Et hyppigt forekommende, skadelige klasse mutation er inddragelsen af tidlig "stop læsning" signaler (stop codon) i mRNA. Kaldet "frameshift" eller "nonsens" mutationer, så de den genetiske proces til at stoppe læsningen halvvejs igennem instruktionerne, hvilket resulterer i opbygningen af ufuldstændige proteiner. Berørte mRNA skabe forkortet, handicappede proteiner, der kan sabotage naturlige processer ved at konkurrere om pletter afholdes normalt ved deres fulde længde modparter, eller ved simpelthen ikke virker.
I de seneste år, forskere på University of Rochester Medical Center har afsløret eksistensen af en naturlig overvågningssystem, der afgør, hvilke mRNA passerer mønstre som legitime skabeloner, og der ser til ødelæggelsen af resten. De fandt også, at screeningen proces, der kaldes nonsense-medieret mRNA decay (NMD), næsten kan fjerne levering af en mRNA skabelon til et vigtigt protein, fordi mRNA har fået en sludder codon.
"Vores undersøgelse er vigtig, fordi vi har fastlagt for første gang, at mRNA-bindende protein CBP80 fortæller NMD system, som mRNA skal gennemgås med henblik nonsens codon," ifølge Lynne E. Maquat, ph.d., professor i Biokemi og Biofysik på Medicinsk Center, og ledende forfatter af Natur stykke sammen med post-ph.d. tilknytte Nao Hosoda, Ph.D. "Det er af afgørende betydning, fordi, vel vidende, struktur og rolle CBP80, kan vi nu søge at udvikle medicin-baseret genterapi, der interfererer med det i tilfælde, hvor NMD bidrager til sygdomsfremkaldende protein mangel." Forskere kan være i stand til at konvertere mRNA kvalitetskontrol fra NMD over til et mere fleksibelt system, der "overser" fejl, og giver flere skabeloner til opbygning af funktionelle proteiner.
I to årtier har forskere lavet intuitive spring i forståelsen af, hvordan NMD arbejder med oversættelse, anden fase af genekspression, hvor RNA direkte opbygningen af proteiner. Fra at studere genetiske sygdomme, teoretiserede Maquat fire år siden, at der skal være to former for oversættelse. En tidlig "Pioneer" runde tjekker alle nye mRNA for fejl, og indleder NMD, når der opdages fejl. En anden "steady state" runde oversættelse derefter dirigerer masseproduktion af normal proteiner baseret på "NMD-godkendt" mRNA. For nylig har Maquat team arbejdet med at identificere de roller af proteiner involveret i NMD, fokus for Natur papir.
I løbet af oversættelse, er mRNA kæder læses i den ene retning på grund af arten af deres byggesten, kaldet nukleotider, startende med 5-prime ende, og slutter med den 3-prime ende. Da mRNA kæder er syntetiseret, er en 7-methylguanosine cap knyttet til 5-prime ende og en hale af at gentage adenosin molekyler til den 3-prime ende. Hætten og halen beskytte mRNA fra enzymer, der ellers ville ødelægge det fra begge ender.