Генетический код человека состоит из длинных последовательностей нуклеотидов, объединенных в тройки – кодоны. Эти единицы определяют, какие аминокислоты будут использованы при сборке белков. Долгое время считалось, что наличие нескольких разных кодонов для одной и той же аминокислоты является лишь формой избыточности системы. Однако современные исследования показывают, что так называемые синонимичные кодоны неравноценны. Одни делают молекулы матричной РНК более стабильными и эффективными при трансляции, другие замедляют процесс и провоцируют быстрый распад генетических сообщений.
Группа ученых из Киотского университета и института РИКЕН под руководством Осаму Такеучи и Такухиро Ито изучила механизм, с помощью которого человеческие клетки распознают и обрабатывают такие неоптимальные кодоны. В ходе полногеномного скрининга с использованием технологии CRISPR исследователи идентифицировали ключевой фактор этого процесса – РНК-связывающий белок DHX29. Анализ последовательностей РНК подтвердил, что при отсутствии этого белка количество матричных РНК с неоптимальными кодонами в клетках значительно увеличивается.
С помощью криоэлектронной микроскопии биологи пронаблюдали за физическим взаимодействием DHX29 с рибосомой 80S – основным клеточным механизмом, синтезирующим белки. Выяснилось, что этот белок преимущественно связывается с теми рибосомами, которые считывают неоптимальные участки кода. Дальнейшие протеомные исследования показали, что DHX29 привлекает специальный комплекс GIGYF2-4EHP. Это соединение избирательно подавляет матричные РНК с неэффективными кодонами, снижая интенсивность производства соответствующих белков.
Результаты работы описывают прямую молекулярную связь между составом кодонов и контролем активности генов. Это открытие меняет представление о генетической регуляции, демонстрируя, что сам выбор синонимичных кодонов служит инструментом управления процессами внутри клетки. Обнаруженный механизм может влиять на дифференцировку клеток, поддержание внутреннего баланса организма и развитие онкологических заболеваний.
Ученые планируют продолжить изучение роли белка DHX29 в норме и при различных патологиях. По словам Осаму Такеучи, идентификация фактора, позволяющего клеткам интерпретировать скрытый слой информации в генетическом коде, расширяет понимание фундаментальных биологических процессов.