科学家发现了一种基于阻滞核糖体的分子计时器

来自Lomonosov莫斯科国立大学的分子生物学家和国际同事发现了一种特殊的蛋白质合成调控机制，他们将其称为“分子计时器”。它控制细胞产生的蛋白质分子的数量，并防止产生额外的分子。当用药物激活时，这种计时器可以帮助有效地对抗癌性肿瘤。这项研究在自然界报道。

将编码在DNA中的遗传信息复制到信使RNA(mRNA)分子中，然后合成蛋白质。蛋白质的每个氨基酸对应于mRNK中的三个核苷酸(一个三联体)。负责蛋白质合成的细胞器称为核糖体。它是一种分子机器，由亚粒子组成，一个较大，一个较小(每个由核糖体RNA和众多蛋白质组成)。结束蛋白质合成的信号由三个终止密码子给出。在大多数活体中，这些是UGA，UAA和UAG(U-尿嘧啶，A-腺嘌呤，G-鸟嘌呤)。mRNA的分子总是比阅读框长 - 这是一个包含蛋白质遗传信息的元素。不编码任何蛋白质相关信息的元素称为非翻译(或非编码)区域。在哺乳动物中，它们通常比阅读框大得多，并且可以包含数千个核苷酸。鉴于mRNA合成是一个耗能的过程，科学家们一直在思考这些巨大的非翻译区域的目的。

今天我们知道非编码区调节mRNA的生命周期。与DNA不同，mRNA分子在一段时间后会在细胞中被破坏。他们中的一些人在合成后活了很长时间，其他人在几分钟后就会崩溃。mRNA的未翻译区域通常在该过程中起重要作用。

这些区域的另一个重要功能是蛋白质合成的调节。有许多非编码mRNA区域与调节蛋白(或短RNA)结合的实例，其抑制或刺激蛋白质合成，从而允许细胞在某种mRNA分子上开启或关闭蛋白质合成。它是一项重要的功能，因为根据环境条件，细胞需要一组蛋白质。合成调节中的任何异常都可能导致不可控制的蛋白质生成。例如，负责细胞分裂的蛋白质的失调可能导致新细胞的无限生长，这是癌症的特征。

研究了Amd1酶的mRNA翻译调控，这是生物合成多胺(含胺基聚合物)的关键因素，科学大学，哈佛医学院，罗蒙诺索夫莫斯科国立大学和人类遗传学系的科学家团队在犹他大学发现了​​一种新的蛋白质合成调节机制。

“长期以来我们都知道核糖体难以合成某些三联体的序列，”密歇根州立大学物理化学生物学科学与研究所高级研究员Dmitry Andreev解释道。“因此，当遇到这样的序列时，核糖体可能会停留在mRNA分子上。这导致所有随后的核糖体停止，因为它们不能跳过它们停滞的伙伴，并且蛋白质合成被暂停。在我们的研究过程中在Amd1调节中，我们发现了一个停滞信号。我们感兴趣的是为什么它位于Amd1阅读框的终止密码子之后。它在那里做了什么?“

翻译机制应该防止蛋白质合成中的任何错误，因为错误的蛋白质会对细胞造成伤害。但是，它的精度有限。到达终止密码子的核糖体可能会错误地将其读作氨基酸并进一步移动，合成更长的蛋白质。发生这种情况的可能性非常低。根据科学家的说法，它只占百分之几。仍然，终止密码子的阅读是理解新的Amd1机制调节的关键。

使用核糖体分析发现了该机制，核糖体分析是基于质粒鉴定与核糖体反应的mRNA片段的核苷酸(遗传)序列的方法。该方法允许在全基因组水平上研究细胞中的蛋白质合成。后来，利用传统的报道构建体研究了这些机制 - 由所讨论的基因构成的簇和显示细胞中基因表达水平的报告基因。在这种情况下，报告基因是荧光素酶(一种引发发光反应的酶)和绿色荧光蛋白(GFP)。

研究小组发现，大约60个核糖体中有一个穿过Amd1的终止密码子，但过了一段时间后，它停留在“错误的”序列上。这并不孤立，但是通过终止密码子移动的下一个核糖体会在它后面停滞。核糖体排队直到该线到达终止密码子。一旦发生，蛋白质的产生就会停止。

“我们称这种调节机制为分子计时器，”Andreev说。“这样的mRNA分子具有内置机制，可以非常精确地调节合成蛋白质分子的数量。即使核糖体频繁出现这种mRNA，终止密码子的读数和进一步停滞(分子计时器)也会在蛋白质合成后转换蛋白质合成。周期数。“

Amd1具有致癌特性。已经证明，其在细胞中的过量产生可能导致非常侵袭性和转移性肿瘤的生长。如果我们学会打开用药物调节其合成的计时器(例如，加强终止密码子的读数)，这可能成为一种新的治疗方法。一些基于终止密码子阅读激活的药物已经开发出来，其中一种药物在欧洲被批准用于治疗杜兴氏营养不良。