细胞监测和蛋白质合成机制之间的直接沟通消除了遗传错误

凯斯西储大学医学院的新研究描述了一种机制，通过这种机制，细胞中的基本质量控制系统可以识别和破坏有缺陷的遗传物质。凯斯西储大学医学院RNA分子生物学中心副教授克里斯蒂安贝克博士领导的这项研究为细胞的蛋白质合成机制 - 核糖体 - 与识别和破坏有缺陷的遗传的蛋白质复合物之间的直接交流提供了证据。中间体称为信使RNA(mRNAs)。

“我们的目的是了解细胞如何识别有缺陷的mRNA，并将其与正常mRNA区分开来。对于大多数细胞来说，这个过程对于生存至关重要，但我们还不了解它是如何起作用的，特别是当两者之间存在差异时非常微妙，“贝克说。“我们的研究结果清楚地表明，识别有缺陷的mRNA的监视机制在功能上与核糖体相互作用，核糖体是负责在细胞中合成蛋白质的装置。现在很清楚，这两个元素通信并密切配合，以识别和消除异常的mRNA。细胞。”

细胞将编码基因的DNA片段转换成mRNA，作为合成蛋白质的蓝图。在某些情况下，DNA模板在复制信息时遭受损害或发生错误，使得mRNA含有“过早终止密码子”。过早终止密码子导致核糖体在制备整个蛋白质之前早期停止合成，导致截短的蛋白质通常缺乏功能，或者更糟糕的是，可能对细胞中的其他正常过程造成严重破坏。Baker的研究重点是细胞如何鉴定mRNA何时具有过早终止密码子，然后针对有缺陷的遗传中间体进行快速处理以避免截短蛋白质的有害影响。

“考虑一家汽车制造商，”贝克说。“如果制动踏板故障超过质量控制并安装到新车上，主要结果是车辆功能不正常，这本身就很糟糕。但是，未将车辆从道路上拆下可能会产生严重的后果如果它导致其他汽车，司机或道路的损坏。因此有效的质量控制过程是必要的，识别和从细胞中去除有缺陷的遗传中间体的过程对于避免可能对整个功能产生负面影响的下游后果至关重要。细胞。”

在这项新研究中，贝克和她的研究小组发现核糖体在过早终止密码子上停留在mRNA上。这一观察结果发现，监测复合体中的一种蛋白质UPF1对于与停滞的核糖体相互作用并协助其从mRNA中释放是重要的。UPF1不能与核糖体正确连通导致mRNA失败的目标是快速消除并使整个监测系统失活。此外，Baker的研究结果表明，UPF1利用三磷酸腺苷中的能量 - 细胞中能量储存的储备 - 来影响核糖体的功能，并且细胞检查点中的这一步骤对于识别和破坏具有过早终止密码子的mRNA是必需的。 。

贝克的努力可能会被用于未来遗传病的治疗。“大约三分之一的遗传性疾病涉及基因突变，将过早的终止密码子引入相应的mRNA。在某些情况下，一种治疗策略指示核糖体绕过这种停止或干扰识别或消除mRNA可以恢复一定程度的功能蛋白，减轻患者的疾病症状，“贝克说。“最令人兴奋的是，这种策略一旦开发出来，不仅可以应用于单一遗传疾病，还可以应用于任何因这些特定突变而发生的疾病。”