Во время синтеза белка, или трансляции, генетическая информация, транскрибированная в мРНК клетки, управляет связыванием аминокислот — строительных блоков белков. Когда трансляционный аппарат перемещается по цепочке нуклеотидов, составляющих мРНК, он распознает их группами по три, называемыми кодонами. Каждый кодон соответствует определенной аминокислоте.
Определенные кодоны сообщают механизму трансляции, где начинать и где останавливаться. Но иногда, как водитель-лихач, проезжающий на красный свет, механизм пропускает стоп-кодон и в итоге производит более длинный белок, чем планировалось. Это называется считыванием стоп-кодона.
«Благодаря этому дополнительному отростку белок может иметь другую локализацию, другую стабильность, он может даже иметь другую функцию», — объясняет Сандип Эсвараппа, доцент кафедры биохимии (BC) Индийского института науки (IISc).
В исследовании, опубликованном в Journal of Cell Science, команда Эсвараппы сосредоточилась на гене, который кодирует белок FEM1B. Они показывают, как считывание мРНК FEM1B играет ключевую роль в клеточном цикле, что влияет на пролиферацию раковых клеток и рост опухолей.
Белок FEM1B является частью комплекса, который помечает другие белки для деградации. Его задача — убедиться, что помечены правильные белки. Комплекс нацелен на ключевые белки, участвующие во многих клеточных процессах, одним из которых является клеточный цикл, чтобы контролировать, насколько быстро клетки размножаются.
В ходе исследования ученые обнаружили, что считывание стоп-кодона заставляет трансляционный аппарат создавать более длинную и нестабильную версию FEM1B. По иронии судьбы, это помечает сам FEM1B для деградации, что приводит к снижению уровня белка. Команда обнаружила, что определенная последовательность нуклеотидов в хвостовой части гена FEM1B направляет это считывание.
Затем команде стало интересно, как это повлияет на рост раковых клеток — отличительной чертой смертельной болезни является неконтролируемое разрастание клеток. В выращенных в лабораторных условиях линиях раковых клеток они применили систему CRISPR-Cas9 — обычно используемые «молекулярные ножницы» — чтобы отрезать последовательность, управляющую считыванием из гена FEM1B.
Предотвращение считывания привело к повышению уровня белка FEM1B, а следовательно, и к увеличению деградации целевых белков, а также к замедлению клеточного цикла . Это привело к тому, что раковые клетки стали меньше размножаться.
«Это было удивительно, поскольку это придало клиническую значимость этому исследованию», — говорит ведущий автор исследования Нур Ахтар. Затем команда ввела линии раковых клеток с дефектом считывания в мышиную модель и обнаружила, что последующие опухоли росли медленнее.
Изучив общедоступные наборы данных о больных раком людях, исследователи также обнаружили, что более высокая экспрессия гена FEM1B коррелирует с повышенной вероятностью выживания, что согласуется с их гипотезой.
Когда они посмотрели на эволюцию гена FEM1B, они поняли, что процесс считывания, похоже, встречается именно у людей и шимпанзе. Они думают, что этот сбой мог произойти из-за вставки одного нуклеотида ниже первого стоп-кодона — крошечного изменения, которое произошло около 10 миллионов лет назад, когда люди и шимпанзе отделились от других приматов.
Авторы предполагают, что это может быть одним из факторов, способствующих повышенной восприимчивости людей к раку по сравнению с другими приматами.
Команда Эсвараппы все еще озадачена тем, как именно происходит считывание стоп-кодона. Они стремятся определить задействованные молекулярные механизмы, что поможет сделать любой терапевтический подход более конкретным. Он добавляет: «Если мы знаем механизм, мы можем нацеливать и регулировать процесс считывания, что, в свою очередь, может помочь контролировать прогрессирование опухоли».
