Генетическая служба спасения: как клетки используют последовательности генов для борьбы с токсическим стрессом

Новое исследование учёных из MIT и Университета в Олбани показывает, как молекулярная система экстренного реагирования переводит клетку в режим контроля повреждений, помогая ей выжить при атаке токсинами.

Ранее команда профессора Питера Дедона показала, что клетки, обработанные ядами (например, мышьяком), изменяют химическую модификацию транспортных РНК (тРНК). В новой работе, опубликованной 3 июля в Nature Communications, исследователи выяснили, как эти модификации помогают клеткам выжить.

Ключевой механизм:

  • Токсический стресс перепрограммирует модификации тРНК.
  • Это активирует систему, которая переключает белковосинтезирующий аппарат клетки с рутинной работы на действия по чрезвычайной ситуации.
  • Запускается избирательная экспрессия белков, необходимых для выживания.

По словам Дедона, этот механизм может лежать в основе клеточных реакций на любые стимулы — не только токсины, но и питательные вещества или гормоны.

Новая роль для РНК

Транспортная РНК состоит из 70–90 рибонуклеотидов, которые после синтеза подвергаются десяткам химических модификаций. Её основная задача — доставлять аминокислоты к рибосомам для сборки белков.

В новом исследовании учёные сосредоточились на конкретной модификации тРНК — m5C, которая возникает при воздействии перекиси водорода (H2O2).

Результаты исследования:

  1. Модификация m5C происходит преимущественно у той тРНК, которая несёт аминокислоту лейцин и соответствует кодону TTG.
  2. Эта модификация заставляет тРНК прочнее связываться с рибосомами.
  3. У дрожжей около 40 из 6000 генов имеют более 90% своих лейцинов, закодированных именно TTG. Половина из этих генов кодирует рибосомные белки.
  4. Исследователи изучили пару рибосомных белков RPL22A и RPL22B. RPL22A имеет 100% своих лейцинов, закодированных TTG, а RPL22B — только 40%.
  5. При наличии H2O2 и увеличении модификации m5C у тРНК для TTG, клетка производит гораздо больше белка RPL22A.
  6. В результате рибосомы клетки становятся преимущественно составленными из RPL22A. Такой тип рибосом избирательно собирает белки, необходимые для ответа на повреждение перекисью водорода.

Использование избыточности генетического кода

Исследование показывает, как клетки используют избыточность генетического кода (несколько кодонов для одной аминокислоты) для тонкой настройки экспрессии белков. Вероятно, в геноме существует «код» в использовании кодонов, где классы белков сгруппированы в зависимости от того, что нужно клетке для конкретного стрессового ответа.