В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Nature, исследователи из Университета Брандейса и Лаборатории молекулярной биологии MRC (Кембридж, США).K.) впервые пролили свет на решающий этап сложного процесса, посредством которого генетическая информация человека передается в действие в клетке человека, и часто в этот момент у человека развивается генетическое заболевание.
Ученые сообщают, что им удалось кристаллизовать очень большой комплекс макромолекулярных соединений "машина" в клетке человека и определить ее структуру или то, как она на самом деле выглядит, тем самым сосредоточив внимание на процессе генетического кодирования. Важно отметить, что от 15 до 20 процентов всех генетических заболеваний человека, включая мышечную дистрофию, вызваны дефектами этого процесса генетического кодирования, известного как сплайсинг РНК.
С помощью рентгеновской кристаллографии ученым впервые удалось создать трехмерную структуру целостного комплекса сплайсосомы человека, состоящего из специализированных РНК и белковых субъединиц. Задача сплайсосомы – модифицировать сообщение, передаваемое из нашего генетического материала – ДНК – путем вырезания или сплайсинга генетических битов таким образом, чтобы они были приемлемы для перевода в белок. Важно отметить, что сплайсосома также перестраивает генетические биты сообщения таким образом, что она может генерировать несколько и разнообразных белков, которые могут иметь и оказывают драматическое влияние на развитие человека, сказал ведущий автор и биохимик Брандейса Даниэль Померанц Круммель.
"Процесс сплайсинга РНК жизненно важен для развития и выживания клеток человека," сказал Померанц Круммель. "В этом процессе области нашей ДНК, кодирующие белок, удаляются из некодирующих областей и объединяются – довольно часто в альтернативных схемах. Нарушения этого процесса могут иметь катастрофические последствия в виде генетических нарушений," сказал Померанц Круммель, добавив, что развитие нейронов может быть особенно затронуто, когда дела идут наперекосяк. Действительно, дефекты этого процесса недавно были связаны с различными неврологическими расстройствами человека, включая эпилепсию.
В частности, эта макромолекулярная машина зажимает или сплайсирует последовательности генов, транскрибируемые как часть предшественника мРНК, удаляя их до того, как конечный продукт мРНК транслируется в белок. Сплайсосома должна обрезать эти последовательности, известные как интроны, в нужном месте мРНК-предшественника.
"В человеческих клетках один ген может быть преобразован в множество белков, поэтому, если процесс пойдет немного не так, генетическое изменение может привести к невероятной катастрофе; но с другой стороны, эта невероятная сложность привела к нашему удивительному эволюционному прогрессу," сказал Померанц Круммель. "Геном человека не сильно отличается от генома дождевого червя по размеру, но процесс сплайсинга РНК, который происходит в наших клетках, отличается. Фундаментальное различие между нами и дождевым червем заключается в том, что наши клетки эволюционировали, чтобы использовать этот процесс сплайсинга РНК для создания совершенно другого измерения передачи генетической информации."
В следующий раз лаборатория Померанца Круммеля сосредоточится на понимании того, как этот комплекс взаимодействует с другими макромолекулярными механизмами в клетке человека. Исследование финансировалось Медицинским исследовательским советом (U.K.) и Программа Human Frontier Science.
Источник: Университет Брандейса