Исследован рецепт эффективного синтеза белка
Трансляция является одним из фундаментальных процессов в клетке: на основе матричной РНК (полученной от ДНК в ходе транскрипции) рибосома строит цепочку аминокислот, которая затем сворачивается в белок, отправляющийся выполнять разнообразные жизненно важные функции. Каждая аминокислота кодируется кодоном, тройкой нуклеотидов в цепи мРНК. Всего на 20 аминокислот, которые соединяет рибосома, приходится 61 кодон, что означает, что некоторые кодоны синонимичны — они кодируют одну и ту же аминокислоту.
После десятилетий исследований учёные до сих пор до конца не уверены в том, что делает работу клеточного «белкового завода» более или менее эффективной. Например, есть свидетельства того, что некоторые вторичные структуры мРНК — как она уложена в пространстве в своем начале — могут мешать рибосоме связываться с ней и делать свою работу. Еще один возможный фактор — те самые синонимичные кодоны: предыдущие исследования указывали на то, что, возможно, статистически более редко используемые кодоны могут повышать эффективность трансляции, если они находятся в начале открытой рамки считывания. Эти кодоны замедляют движение рибосомы по мРНК в ее начале так, что дальше не возникают «очереди» из рибосом.
Команда учёных из Сколтеха и МГУ имени Ломоносова, а также их коллеги решили провести своеобразное соревнование: они протестировали более 30 тысяч вариантов мРНК, кодирующей одни и те же белки, чтобы понять, какие варианты дадут более эффективную трансляцию. Исследователей интересовали кодоны с номерами от 2 до 11 (первый кодон — это всегда стартовый кодон ATG, подобно тому, как первые строки любой программы на некоторых языках программирования сообщают машине, что далее последует программный код).
Учёные использовали кишечную палочку Escherichia coli и плазмиды — кольцевые ДНК, кодирующие так называемый двойной флуоресцентный репортер («дуэт» в этом случае — два флуоресцентных белка, красный RFP и голубой CER). Рандомизированные последовательности из 30 нуклеотидов вставлялись сразу после стартового кодона так, чтобы в мРНК они стали кодонами со второго по одиннадцатый.
Вырастив бактерии и отсортировав их по тому, насколько эффективно у них получалось производить CER и RFP, ученые использовали метод flowseq, чтобы понять, какие последовательности обеспечили более эффективное производство белка. Выяснилось, что вторичная структура мРНК действительно может препятствовать трансляции, но ученым не удалось показать, что редкие кодоны в начале кодирующей белок последовательности влияют на трансляцию положительным образом.
Однако они обнаружили, что дополнительные стартовые кодоны способствуют эффективной трансляции, а дополнительные последовательности Шайна-Дальгарно, которые «призывают» рибосому к мРНК, напротив, препятствуют ей. Исследователи считают, что их результаты помогут разрабатывать более эффективные искусственные генные конструкты, которые можно использовать для превращения обычных бактерий вроде E. coli в мощные биотехнологические инструменты.
