Как гены контролируют процессы, протекающие в нашем организме? Данный вопрос фундаментальной биологии, несмотря на долгие годы проведения различных экспериментов, до сих пор не является полностью изученным. Гены – это единицы генома, содержащие в себе информацию о различных белковых молекулах, которые выполняют жизненно важные функции. Известно, что некоторые заболевания, такие, например, как рак, характеризуются не только изменениями на уровне генов, но и возникновением дефектов синтеза белковых молекул. Как же контролируется сам белковый синтез? Результаты исследований, проведённых сотрудниками центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (Max Delbr?ck Center for Molecular Medicine (MDC) Berlin-Buch of the Helmholtz Association), показали, что контроль указанного выше процесса главным образом осуществляется в цитоплазме клетки.
Белковые молекулы – это основа органической жизни. «Они контролируют фактически все биологические процессы: от сердцебиения и транспорта кислорода до мышления» - говорит Маттиас Сельбак (Matthias Selbach, один из ведущих авторов исследования). Информация о строении белковых молекул записана в геноме клетки, который, в свою очередь, находится ядре. Информационные РНК (иРНК), образующиеся в ядре клетки (в ходе транскрипции) несут в себе отображение информации о необходимых белках и отправляются из ядра в цитоплазму клетки – на рибосомы, где данные органеллы определённым образом транслируют иРНК в аминокислотные последовательности. Вопрос, который долго не давал покоя специалистам, заключается в том, какой из двух процессов (транскрипция или трансляция) в большей степени участвует в регуляции уровня содержания в клетке белковых молекул.
С помощью количественной масс-спектрометрии и новейших методик сиквенирования авторы исследований отобразили количество белковых молекул и иРНК, информация о которых хранится более чем в 5 000 генах. Математическое моделирование, проведённое на основании полученных данных, помогло учёным сделать определённые выводы о контроле уровня содержания белковых молекул внутри клетки. По словам авторов, уровень содержания белковых молекул внутри клетки в основном зависит от процесса трансляции, протекающего в цитоплазме. «В конечном счёте, рибосомы определяют количество белков. Некоторые иРНК транслируются за 1 час в одну белковую молекулу, другие иРНК за это время успевают трансливароться 200 раз» - говорит Сельбак.
Клетка работает как энергосберегающая система
Кроме того авторы исследований обнаружили, что клетки используют свои ресурсы по наиболее эффективному пути. Большое количество иРНК и белков, которые являются продуктами конститутивных генов, обладает высокой стабильностью. Эта стабильность иРНК и белков необходима клетке для сохранения энергии (известно, что процесс синтеза белков требует немалого количества энергии). В отличие от указанных выше иРНК и белковых молекул ряд ферментов, обеспечивающих быстрое формирование и передачу сигналов, наоборот, как правило, обладает низкой стабильностью. Благодаря существованию белков, обладающих низкой и высокой стабильностью, клетка может быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Такое положение дел так же может объяснить то, почему контроль белкового синтеза преимущественно осуществляется в цитоплазме, а не в ядре. Дело в том, что в цитоплазме происходит последний этап формирования белков – трансляция. Регуляция трансляции позволяет клеткам быстро подстраиваться под «требования» окружающей их среды.
Авторы исследований надеются, что полученные ими результаты будут полезны при поиске методов борьбы с различными заболеваниями, связанными с нарушением синтеза белковых молекул.
