Новый метод помогает расшифровать геномы
Хотя полная последовательность человеческого генома была определена более 10 лет назад, предстоит ещё много работы, чтобы понять, какие белки кодируют все эти гены.
Исследование, опубликованное 27 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, описывает новый подход, позволяющий расшифровать геном, определяя, где именно гены начинают кодировать полипептиды — длинные цепи аминокислот, из которых состоят белки.
«Ключ к расшифровке генома — точное знание того, где гены начинают кодировать полипептиды», — сказал Шу-Бинг Цянь, старший автор статьи. — «Зная стартовую точку, мы можем предсказать, какие белки будут произведены, на основе последовательности гена».
Последовательности генов состоят из четырёх нуклеотидов — A, C, G и T, — но код организован тройками последовательных нуклеотидов. Проблема в том, что в зависимости от точки начала считывания один и тот же сегмент ДНК может производить разные продукты гена.
Новый подход использует рибосомы — трансляционный аппарат, который декодирует матричную РНК (mRNA), несущую информацию от ДНК, и транслирует эти коды в цепи аминокислот.
При трансляции mRNA рибосома в стартовой позиции имеет внутри пустое пространство. Цянь и коллеги использовали специальное химическое соединение, которое заполняет это пространство и «замораживает» рибосому. Это позволяет точно определить, где ген начинает кодировать полипептид, и использовать эту информацию для предсказания производимого белка.
С помощью этого метода исследователи обнаружили, что одна и та же mRNA может иметь несколько стартовых сайтов, ведущих к производству разных белков.
«Около 50% mRNA имеет более одного стартового сайта», — сказал Цянь. Таким образом, ограниченный геном имеет множество возможностей в зависимости от того, где на гене находится старт. Например, если старт происходит позже в последовательности гена, он может кодировать более короткий или совершенно другой белок.
Во время транскрипции в mRNA тимин (T) заменяется на урацил (U). «Традиционно все известные стартовые сайты трансляции были AUG. Но мы обнаружили, что другие кодоны, например CUG, также могут служить стартовым сайтом», — сказал Цянь.
Результаты показывают, что полный набор белков, которые может экспрессировать один ген, гораздо разнообразнее, чем считалось ранее. Предсказание, какие белки может кодировать ген, становится сложнее из-за этого альтернативного процесса декодирования.
Метод также можно использовать для изучения геномов вирусов, которые известны тем, что захватывают клеточный трансляционный аппарат для создания новых вирусов.
«Вирусы часто используют эту альтернативную трансляцию, чтобы максимизировать кодирующую способность своей ограниченной геномной последовательности для генерации вирусных белков», — добавил Цянь. Этот метод имеет потенциал для открытия новых вирусных белков.
Ведущими авторами статьи являются Сунчхоль Ли и Ботао Лю. Соавтором выступил Бен Шен из Исследовательского института Скриппса.
Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения (NIH), Фондом Эллисона и Министерством обороны США.