perjantai 5. heinäkuuta 2013

Yksi geeni, kaksi proteiinia


Chicagon yliopiston tutkijat ovat löytäneet ihmiseltä geenin, joka koodaa kaksi erilaista proteiinia samasta lähetti-RNA:sta. Tutkimus on julkaistu Cell-tiedelehdessä.

"Tämä on ensimmäinen esimerkki korkeammilla organismeilla, jossa yksi geeni tuottaa kaksi proteiinia samasta mRNA:sta samanaikaisesti," tutkimuksen johtaja professori Christopher Gomez kertoo. "Se tarkoittaa paradigman muutosta käsityksissämme geenien tavasta koodata proteiineja."

Ihmisellä on sama määrä geenejä kuin sukkulamadolla eli n. 20000. Tämä ilmeinen ristiriita biologisen monimutkaisuuden ja geenien lukumäärän välillä selittyy osoittain sillä, että samasta geenistä voidaan valmistaa erilaisia lähetti-RNA-molekyylejä.

Gomez työryhmineen on havainnut uuden monimutkaisuuden tason tässä prosessissa tutkiessaan erästä neurologista sairautta (SCA6), joka rappeuttaa lihastoiminnan. Sen syyksi on paljastunut mutaatio CACNA1A-geenissä, joka koodaa hermosolulle tärkeää kaliumkanavaproteiinia. Mutaatio lisää proteiiniin ylimääräisen glutamiini-aminohapon.

Vaikka geeni, mutaatio ja sen vaikutus proteiiniin tunnetaan, niin yritykset löytää sairauden biologinen syy eivät tuottaneet tulosta. Mutaatiosta huolimatta kaliumkanavaproteiinit näyttivät toimivan normaalisti.

Tutkijat alkoivat epäillä toista tekijää ja kohdistivat huomionsa huonosti tunnettuun α1ACT-proteiiniin, joka on CACNA1A:n vapaana ajelehtiva osa. Hämmästykseen he havaitsivat, että CACNA1A-proteiinia koodaava mRNA, koodaa myös α1ACT-proteiinia.

Tutkijoilla oli nyt ensimmäistä kertaa todisteet siitä, että yksi ihmisen geeni koodaa yhden mRNA:n, joka puolestaan koodaa kahta rakenteellisesti erilaista proteiinia. Tämän mahdollistaa mRNA:ssa oleva erityinen sekvenssi, sisäinen ribosomaalinen sisääntulo (internal ribosomal entry site, IRES). Normaalisti se sijaitsee mRNA:n alussa, mutta nyt se on keskellä tarjoten ribosomille toisen aloituskohdan proteiinisynteesiä varten.

Gomezin ryhmä havaitsi, että α1ACT toimii transkriptiotekijänä, joka edistää tiettyjen aivosolujen kasvua. Huomattavaa oli kuitenkin se, että mutaation seurauksena muuntunut α1ACT oli myrkyllinen hermosoluille soluviljelykokeessa ja se aiheutti SCA6:n kaltaisia oireita eläinkokeissa.

Tutkijat toivovat löytävänsä ihmiseltä lisää näitä "kaksitoimisia" geenejä ja oppivansa ymmärtämään niiden merkityksen biologiallemme.

"Me löysimme tämän geneettisen ilmiön etsimällä sairauden syytä ja nyt meillä on potentiaalisia mahdollisuuksia kehittää sairauteen hoitomenetelmiä," Gomez sanoo. "Mikäli me voisimme estää virheellisen proteiinin tuotannon, niin silloin sairauden etenemisen pysäyttäminen voisi olla mahdollista."

Uutta tieteellistä tietoa saadaan tutkimalla mutaatioiden aiheuttamia sairauksia. Uutta tieteellistä tietoa ei saada tutkimalla mutaatioiden aiheuttamaa evoluutiota. Mistähän tämä johtuu?

Entä kuinka hyvin kaksitoiminen geeni ja mRNA sopivat yhteen kehitysopin kanssa? Tämä esimerkki osoittaa, että erittäin huonosti. Vaikka toinen geenituote näyttää toimivan normaalisti, niin toisesta on mutaation seurauksena tullut vakavan taudin aiheuttaja.

Proteiinit ovat atomin tarkkuudella viritettyjä molekyylikoneita. Jos samasta ohjeesta valmistetaan kaksi huippuunsa viritettyä nanokonetta, niin kuinka todennäköisesti valmistusohjeen satunnainen muutos tuottaa kaksi entistä parempaa tuotetta tai edes kaksi toimivaa tuotetta?


Lähde:

http://www.newswise.com/articles/new-mechanism-for-human-gene-expression-discovered

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti