Изучен «рецепт» эффективного синтеза белка — Naked Science
28.05.2020
Сколтех

Изучен «рецепт» эффективного синтеза белка

4.7

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили более 30 тысяч вариантов генетических последовательностей, кодирующих два флуоресцентных белка, чтобы понять, какие характеристики мРНК и первого десятка кодонов в ней могут повышать эффективность процесса трансляции. Помимо прочего, они установили, что редкие кодоны в начале последовательности, по-видимому, не увеличивают эффективность трансляции, как предполагалось ранее.

Изучен «рецепт» эффективного синтеза белка / ©www.creative-proteomics.com

Исследование было опубликовано в журнале Nucleic Acids Research. Трансляция — один 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 ученые 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.

Схема эксперимента с Escherichia coli / ©Pavel Odinev / Пресс-служба Сколтеха

Это не праздные поиски: изучение эффективности трансляции поможет лучше понять экспрессию генов и повысить эффективность работы биотехнологических бактерий-«рабочих лошадок», производящих нужные белки. Поэтому Илья Остерман и Зоя Червонцева из групп Петра Сергиева, Ольги Донцовой и Михаила Гельфанда в Сколтехе и МГУ имени М. В. Ломоносова и 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).

Ученые 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).

Влияние SD-подобных последовательностей в начале кодирующей области на эффективность трансляции / ©Nucleic Acids Research

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.

«Flowseq — это сочетание проточной цитометрии (техники, при которой физические и химические характеристики клеток измеряются через рассеивание луча лазера) и секвенирования разделенных фракций. Этот метод позволяет оценивать эффективность синтеза белка для тысячи вариантов за один раз», — говорит Илья Остерман.

Влияние метаболических затрат аминокислот на эффективность трансляции в богатой и бедной среде / ©Nucleic Acids Research

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.

В числе других организаций, принимавших участие в исследовании, — Институт биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Институт проблем передачи информации имени А. А. Харкевича.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Вчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Вчера, 11:54
Александр Березин

Среди полностью привитых препаратом от центра «Вектор» процент заболевших Covid-19 слабо отличим от процента заболевших среди тех, кто не прошел вакцинацию. В то же время среди привитых другими вакцинами этот показатель в несколько раз ниже, чем среди непривитых.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

29 июля
Сергей Васильев

В Канаде обнаружили окаменелости, поразительно похожие на скелет морских губок и при этом на миллионы лет старше Кембрийского взрыва, когда появились современные типы животных.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: