«Все думали, ‘Почему забота о РНК посыльного? Эти молекулы имеют высокую текучесть кадров и быстро ухудшены, поэтому что имеет значение, если Вы повреждены?’» сказал Хани Зээр, доктор философии, доцент биологии в Искусствах & Наук в Университете Вашингтона в Сент-Луисе.
«В организмах как E. coli или дрожжи, это, вероятно, верно», сказал Зээр. «Вы не должны волноваться о mRNA, потому что он переворачивает действительно быстро. Но в нейронах Вы не можете использовать тот аргумент, потому что mRNA может сохраниться, в некоторых случаях в течение многих дней. И если это, mRNA действительно поврежден, это может стать большой проблемой».«Могут быть случаи, где РНК посыльного так же важна как ДНК», сказала Кэрри Симмс, доктор философии, постдокторский партнер в лаборатории Зээра. «Явно окислительное повреждение РНК так или иначе вовлечено в нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и АЛЬС.
Это не обязательно вызывает болезнь; это может просто быть своего рода побочный продукт; но это находится в соединении».«При нормальных условиях окислен только приблизительно 1 процент клеточного mRNAs», сказал Зээр, «но если у Вас есть окислительное напряжение по любой причине, более высокий процент может быть поврежден.
Один из признаков болезни Альцгеймера – окислительное напряжение, и исследования показали, что у людей с прогрессирующей болезнью Альцгеймера, половина молекул РНК в нейронах может быть окислена.В выпуске 13 ноября Отчетов о Клетке Zaher, Симмс и их коллеги сообщают что, когда они накормили окисленным mRNA рибосомы, наномашины, которые преобразовывают mRNA в белок, рибосомы, зажатые и остановленные.Застрявшая рибосома могла быть спасена факторами, которые выпустили ее от mRNA и уничтожили поврежденный transcipt.
Но если факторы, вовлеченные в эту систему контроля качества, отсутствовали, повредил mRNA, накопленный в клетке, как это делает при болезни Альцгеймера.Удивление
Три клеточных процесса, важные для жизни – создание копий ДНК, копирование ДНК в mRNA и перевода mRNA в белок – штрафовалось в течение миллиардов лет эволюцией, удивительно точны, потому что эволюция в большой степени оштрафовала любую небрежность.Ошибки в ДНК, копирующей, происходят только один раз в миллиард событий. Когда ДНК расшифрована к mRNA, есть ошибка об один раз в десять тысяч событий .and, когда mRNA переведен к белку, могла бы быть ошибка один раз в тысячу событий.Чтобы проверить надежность перевода, лаборатория Zaher намеревалась ломать его, давая дефектные mRNA расшифровки стенограммы рибосомам.
Они повредили одно письмо в трехбуквенном mRNA кодирование единицы, окислив G (основной гуанин), чтобы создать то, что называют 8-oxo-G.«Мы выбрали эту окисленную основу», сказал он», потому что мы знали, что, когда ДНК скопирована, окисленный G вызывает ошибку. Вместо того, чтобы соединиться с C, поскольку это обычно было бы, 8-oxo-G соединиться с A."
Он думал, что рибосома прочитает трехбуквенный кодон C [8-oxo-G] C не как CGC, а скорее как CAC, и conseqeuntly помещают неправильную аминокислоту в цепь белка, которую это делало.Но то, когда 8-oxo-G был добавлен к супу, который содержал все факторы, должно было перевести mRNA на белок, что-то удивляющее произошло.«Мы ожидали, что могли бы получить отклоняющиеся белки», сказал Симмс. «Но рибосома не сделала ошибки. Это просто остановилось.
Это не могло иметь дело с mRNA вообще»scientsts мог сказать, что застрял, потому что уровни белка, который кодирует дефектный mRNA, резко упали.Чтобы удостовериться это было присутствие, а не положение 8-oxo-G, который имел значение, Симмс сделал mRNAs с 8-oxo-G в каждом из трех положений трехбуквенной кодирующей единицы.
Каждый раз рибосома остановилась.Распад остановкиЗнание их сочло что-то интересным, ученые повысили свою игру. Симмс построил более длинный mRNA с 300 нуклеотидами, чтобы использовать в качестве исследования.
И вместо того, чтобы добавить поврежденный mRNA к воссозданной бактериальной системе, она поместила его в извлечения клеток растений и животных.«Мы не могли посмотреть на рибосомы в извлечениях», сказал Симмс, «но мы могли посмотреть на белки, которые они сделали. Они сделали короткие белки, точно длина, которую Вы будете ожидать, останавливалась ли рибосома в поврежденной основе».У единственного mRNA, как правило, есть несколько рибосом, едущих вдоль него, все, одновременно переводя эту расшифровку стенограммы на белок.
Когда первая рибосома останавливается, другие накапливаются позади нее.«Вы получаете этот маленький продукт, который говорит Вам, что рибосома не может пройти 8-oxo-G, и затем Вы получаете еще меньшие продукты, которые говорят Вам, что есть многократные рибосомы, застрявшие позади первой рибосомы.
Таким образом, поддержанные рибосомы делают лестницу пептидов», сказал Зээр.«Это – проблема», сказал он. «Среди прочего рибосома – дорогая машина, что клетка инвестировала много энергии в создании, и теперь это застревает на mRNA. Вам нужны те рибосомы назад».К счастью, у рибосом есть три системы контроля качества, которые наблюдают для ошибок в mRNA и спасают рибосому если точечные серьезные ошибки.
Одна из этих систем – «распад остановки». Когда рибосомы застревают и не могут продвинуться, они принимают на работу факторы, которые входят, чтобы открыть рибосому, уничтожить mRNA и добавить признак к дефектному пептиду, который отмечает его для деградации."Но распад остановки был первоначально обнаружен, бросив искусственные контрольно-пропускные пункты способом рибосомы: mRNAs с большими крутыми поворотами в них, которых рибосома не могла раскрутить или пахать через.
«Четыре миллиарда лет эволюции удостоверились, что у Вашего генома нет последовательностей, которые делают шпильки, таким образом, это ясно не намеченные цели распада остановки», сказал Зээр.Были окислены mRNAs цель?Не только посредникЧтобы узнать, ученые обратились к дрожжевым клеткам.
Если бы рибосомы дрожжей, нахлобученные на окисленный mRNA, но, были спасены распадом остановки, очень мало повредил mRNA, накопился бы в клетке. Это, оказалось, имело место.Симмс тогда удалил ген для фактора, который выпускает рибосому от mRNA, когда это набивается битком.
В них дрожжи нокаута повысился уровень окисленного mRNA. Тогда она удалила ген для фактора, который принят на работу, чтобы ухудшить mRNA после того, как рибосома выпущена, и снова уровень окисленного mRNA повысился. Без распада остановки ясно были в беде клетки.
«Система, которая переводит mRNA на белок, высоко сохранена, поэтому что верно для дрожжей, вероятно, верно для людей также», сказал Зээр.Окислен mRNA, вовлеченный в болезнь? Наука недавно издала работу, показывающую, что у мышей с двойным дефектом в их системе перевода есть тяжелое нейродегенеративное заболевание, сказал Зээр.
Один из дефектов – ошибка в тРНК мыши (другой тип РНК, вовлеченной в перевод), который останавливает рибосому, и другой дефект в системе, которая спасает рибосому, когда это останавливается. Мыши с обоими дефектами начинают испытывать затруднения при ходьбе и умирать через несколько недель, сказал Зээр.’Люди всегда говорили, что mRNA – просто посредник», сказал Симмс. «ДНК и белок – ключевые факторы, и РНК – просто этот парень, который сделан и затем перевернул и не является всем этим важным.
Но мы видим, что это важно; намного более важный, чем мы поняли».«Ретроспективно это ясно это вопросы mRNA», сказал Зээр. «Вот почему мы развили три независимых пути, чтобы удостовериться, что сломанные mRNAs долгое время не бродят вокруг».