Фрэнсис Крик, co-исследователь структуры Молекулы ДНК, назвал односторонний поток информации от ДНК до mRNA к белку «центральной догмой молекулярной биологии».Йехуда Бен-Шахар и его команда в Университете Вашингтона в Сент-Луисе обнаружили, что у некоторых mRNAs есть работа стороны, не связанная с созданием белка, который они кодируют. Они действуют как регулирующие молекулы также, препятствуя тому, чтобы другие гены делали белок, отмечая их mRNA молекулы для разрушения.
«Наши результаты показывают, что mRNAS, которые, как как правило, думают, действуют только как шаблон для перевода белка, могут также служить регулирующими РНК, независимыми от их кодирующей белок способности», сказал Бен-Шахар. «Они не просто посыльные, но также и актеры самостоятельно». Открытие было издано в выпуске 18 марта нового находящегося в открытом доступе iLife журнала.Хотя команда Бен-Шахара, которая включала аспиранта нейробиологии Ксинггуо Чжена и сотрудников Аарона Диэнтонио и его аспиранта Веру Вэлэх, изучала тепловой удар у дрозофил, когда они сделали это открытие, он подозревает, что этот регулирующий механизм более общий, чем это.Много других mRNAs, включая, важные для здоровья человека, как будут находить, будут регулировать уровни белков кроме тех, они кодируют.
Понимание mRNA регулирование может обеспечить новую покупку на проблемах со здоровьем, которые не уступили подходам на основе центральной догмы Растяжения мышц.Экспрессия гена отрегулирована непосредственно?Оригинальная цель Бен-Шахара состояла в том, чтобы лучше понять, как организмы сохраняют свое физиологическое равновесие, когда они ударены изменениями в окружающей среде.Нейробиологи знают, что, если Вы нагреваете нейроны в культуре, он сказал, нейроны будут стрелять более быстро.
И если культура охлаждена, нейроны замедляются. Нейроны в организме, однако, ведут себя по-другому по сравнению с теми в блюде.
Обычно организм в состоянии смягчить свою нервную систему от теплового удара, по крайней мере, в определенных рамках. Но никто не знал, как они сделали это.Как ученый дрозофилы, Бен-Шахар знал, что есть мутации у дрозофил, которые делают их плохо при буферизовании теплового удара, и это обеспечило отправную точку для его исследования.Один из этих генов на самом деле называют конфискацией, потому что мухи со сломанной копией этого гена особенно чувствительны к теплу.
Повышение температуры даже 10 градусов посылает их в конфискации. «Они захватывают очень быстро в секундах», сказал Бен-Шахар.«Когда мы посмотрели на конфискацию (sei), мы заметили, что есть другой ген на противоположном берегу молекулы двухспиральной ДНК, названной карманником 29 (ppk29)», сказал Бен-Шахар.
Это было интересно, потому что конфискация кодирует для белка «ворота», которые позволяют ионам калия из нейрона и карманника 29 кодексов для ворот, которые позволяют ионам натрия в нейрон.Нейроны – «легковозбудимые» клетки, он сказал, потому что они строго контролируют градиенты калия и натрия через их клеточные мембраны. Быстрые изменения в этих градиентах заставляют нерв «запускать», прекращать стрелять и повторно поляризовать, так, чтобы он мог стрелять снова.
Ученые скоро показали, что транскрипция этих генов скоординирована. Когда мухи слишком горячие, они делают больше расшифровок стенограммы sei гена и меньше ppk29. И когда мухи остыли, противоположное произошло.
Если бы центральная догма держалась в этом случае, нейроны могли бы буферизовать воздействия тепла, изменяя выражение этих генов.Одна проблема с этой идеей, тем не менее, состоит в том, что транскрипция генов медленная и мухи, помните, захватите в секундах.
Этот механизм был достаточно быстр, чтобы не отставать от внезапных изменений в окружающей среде?Вмешательство РНК регулирует экспрессию гена?Но ученые также заметили, что эти два гена наложились немного в их подсказках. Подсказки, названные 3′ UTRs (непереведенные регионы), не кодируют для белка, но расшифрованы в mRNA.
Это получило их взгляды. Когда эти два гена были расшифрованы в mRNA, два конца дополнят друг друга как крюки и петли застежки Застежки на липучке.
Как крюки и петли, они хотели бы держаться вместе, формируя короткий раздел двухцепочечного mRNA. И двухцепочечный mRNA, они знали, активирует биохимическое оборудование, которое ухудшает любые mRNA молекулы с той же самой генетической последовательностью.Двухцепочечная РНК связывает с комплексом белка под названием Игрок в кости, который сокращает ее на фрагменты. Другой комплекс белка, RISC, связывает эти фрагменты.
Один из берегов РНК устранен, но другой остается связанным к комплексу RISC. RISC и его приложенная РНК тогда становятся ракетой с наведением по тепловому лучу, которая находит и уничтожает другие копии той же самой РНК. Если mRNA молекулы исчезают, их соответствующие белки никогда не делаются.
Оказалось, что тепловая чувствительность у мухи – все о канале калия, сказал Бен-Шахар. Что, если, он думал, два склеенные mRNAs, mRNA сегмент, кодирующий канал калия, был связан с RISC, и другие копии канала калия mRNA были разрушены.
Это было другим, потенциально более быстрый способ, которым нейроны могли бы управлять возбудимостью мембран.Дизайнерская муха предоставляет ответКоторый является им? Регулирование происходит на генном уровне или mRNA уровне?
Чтобы узнать, ученые сделали дизайнерских дрозофил, у которых были различные комбинации генов и их липких некодирующих концов. Одна из этих трансгенных линий мухи пропускала часть генного кодирования для ppk29 белка, но все еще сделала много копий mRNA липкого бита в конце ppk29.
Когда было много этих изолированных липких битов, уровни sei mRNA понизились. Эта муха была так же термочувствительна как муха, абсолютно пропавшая sei ген.Эта комбинация генотипа и фенотипа держала ответ на регулирующую проблему.
В первую очередь, mRNA от одного гена (ppk29) регулирует mRNA другого гена (sei). И, во-вторых, регулирующая часть ppk29 – непереведенный бит в конце mRNA. Когда этот бит придерживается полной расшифровки стенограммы sei гена (включая, конечно, его липкий бит), оборудование RISC уничтожает любые копии sei mRNA, который это находит.Таким образом, ген, который кодирует для канала натрия, регулирует выражение гена канала калия.
И это делает так после того, как гены расшифрованы в mRNA; это – mRNA-зависимое регулирование.Взаимодействие между sei и ppk29 вряд ли будет уникально, сказал Бен-Шахар. Канал калия высоко сохранен среди разновидностей, и исследования последовательностей генома у мух и у людей показывают, что у двух из трех генов мухи для этого типа канала калия и трех из восьми человеческих генов для этих каналов есть перекрывание на 3′ конца UTR, как делают sei и ppk29.
Почему этот регулирующий механизм существует?Бен-Шахар очень не хочет выйти перед его данными, но он указывает, что расшифровка ДНК в mRNA является более медленным процессом, чем перевод mRNA в белок.
Таким образом, это может быть, он сказал, что нейроны обслуживают бассейн mRNAs в готовности, и mRNA вмешательство – способ быстро снести тот бассейн, чтобы препятствовать тому, чтобы дополнительный mRNA был переведен на белки, которые могли бы получить организм в проблеме.