Fliegenforscher finden eine weitere Schicht, die sich im Code des Lebens versteckt

Fliegenforscher finden eine weitere Schicht im Code des Lebens

Eine durchscheinende Fruchtfliegenlarve leuchtet dort, wo ein grün fluoreszierendes Protein (GFP) von Codons exprimiert wird, die im Fliegengenom selten sind. Nur zwei Gewebe, das Gehirn (links) und die Hoden (rechts), sind in der Lage, diese Version von GFP zu exprimieren. Bildnachweis: Fox Lab, Duke University

Eine neue Untersuchung der Art und Weise, wie verschiedene Gewebe Informationen von Genen lesen, hat ergeben, dass das Gehirn und Tests außerordentlich offen für die Verwendung vieler verschiedener Arten von Codes zur Herstellung eines bestimmten Proteins zu sein scheinen.

Tatsächlich scheinen die Tests sowohl von Fruchtfliegen als auch von Menschen mit Proteinprodukten dieser selten verwendeten Teile des genetischen Codes angereichert zu sein. Die Forscher sagen, dass die Verwendung seltener Codeteile eine weitere Kontrollebene im Genom sein könnte, die für Fruchtbarkeit und evolutionäre Innovation wesentlich sein könnte.

Ein Jahrzehnt nachdem er die Struktur der DNA als Doppelhelix aus den Basen A, C, T und G aufgeklärt hatte, entschlüsselte Francis Crick den Zwischenschritt, durch den drei dieser Buchstaben in ein “Codon” übersetzt werden, das Rezept für a einzelne Aminosäureder Baustein des Proteins.

Was damals auffiel und immer noch etwas rätselhaft war, war, dass diese Ebene des Lebenscodes 61 verschiedene Codons aus drei Buchstaben verwendete, um nur 20 Aminosäuren zu produzieren, was bedeutet, dass viele Codons verwendet wurden, um dasselbe zu beschreiben.

„Uns wird in unserem Biologieunterricht beigebracht, dass, wenn Sie von einer Version des Codons zur anderen wechseln und die Aminosäure nicht verändert wird, dies eine stille Mutation genannt wird. Und das impliziert, dass es keine Rolle spielt.“ sagte Don Fox, ein außerordentlicher Professor der Pharmakologie und Krebs Biologie in der Duke School of Medicine.

„Als Forscher jedoch all diese verschiedenen Organismen sequenziert haben, haben sie eine Hierarchie gefunden“, sagte Fox. “Einige Codons sind wirklich häufig und andere sind wirklich selten.” Und diese Verteilung von Codons kann von einer Gewebeart in einem Organismus zur anderen variieren.

Fox fragte sich, ob die Raritäten eine Rolle dabei spielen, wie beispielsweise eine Leberzelle Leberfunktionen und eine Knochenzelle Knochenfunktionen erfüllt.

Fox und sein Team unter der Leitung von Doktorand Scott Allen wollten die seltenen Codons näher untersuchen, indem sie ihr bevorzugtes Modell Drosophila melanogaster, die Laborfruchtfliege, verwendeten. Eine wachsende Zahl von Arbeiten hat gezeigt, dass unterschiedliche Gewebe unterschiedliche „Codon-Bias“ aufweisen – das heißt, unterschiedliche Häufigkeiten identischer Codons, die in verschiedenen Geweben vorkommen. Seltene Codons sind dafür bekannt, die Proteinproduktion zu verlangsamen und sogar zu stoppen, und „Gene mit vielen dieser seltenen Codons machen viel weniger Protein“, sagte Fox.

Fox arbeitete mit seinem Kollegen Christopher Counter, dem George Barth Geller Distinguished Professor of Pharmacology an der Duke University, zusammen, um ein Gen namens KRAS zu verstehen, das bekanntermaßen ein schlechter Schauspieler ist Bauchspeicheldrüsenkrebs besonders, und das viele seltene Codons trägt. Warum, fragten sie sich, hätte eine Krebsmutation die Proteinproduktion verlangsamt, wenn normalerweise eine Krebsmutation mehr aus etwas macht.

„Es stellt sich heraus, dass KRAS so konzipiert ist, dass es sehr schwierig sein sollte, etwas daraus zu machen“, sagte Fox.

Das Team von Fox entwickelte eine neue Methode zur Analyse der gewebespezifischen Codon-Nutzung, um zu untersuchen, wo und wie seltene Codons in der Fruchtfliege verwendet werden können, die das vielleicht bekannteste Genom der Wissenschaft hat. Sie führten eine Reihe von Experimenten durch, um zu variieren, welche Codons im KRAS-Gen enthalten waren, und stellten fest, dass seltene Codons einen dramatischen Einfluss darauf hatten, wie KRAS die Signalübertragung zwischen Zellen steuert.

„Durch diese Krebskooperation wurde mir klar, dass wir ähnliche Ansätze verfolgen und sie auf meine primäre Forschungsfrage anwenden könnten, nämlich wie Gewebe wissen, was sie sind“, sagte Fox.

In weiteren Experimenten fanden sie heraus, dass an Fliegen – und an Menschen – getestete toleranter gegenüber einer großen Vielfalt von Codons sind, Eierstöcke von Fliegen jedoch nicht. Das Fliegengehirn war auch toleranter gegenüber diversen Codons. Die Arbeit erschien am 6. Mai im Open-Access-Journal eLife.

Ein besonderes Gen mit einer großen Anzahl seltener Codons, RpL10Aa, ist evolutionär neuer und hilft beim Aufbau des Ribosoms, der Protein-Montage-Maschinerie in der Zelle. Fox sagte, es scheint, dass die seltenen Codons dieses Gens dazu dienen, seine Aktivität nur auf die toleranteren Tests zu beschränken, und das wiederum könnte etwas Entscheidendes für die Fruchtbarkeit sein.

„Die Art und Weise, wie die Tests die Expression fast jedes Gens zuzulassen scheinen, macht es vielleicht zu einem Nährboden, wenn Sie so wollen, für neue Gene,“ sagte Fox. „Die Tests scheinen ein Ort zu sein, wo jüngere Gene dazu neigen, zuerst ausgedrückt zu werden. Also denken wir, dass es eine Art freizügigeres Gewebe ist, und es lässt neue Gene greifen.”

“Was wir zu sehen glauben, ist, dass seltene Codons eine Möglichkeit sind, die Aktivität dieses evolutionär jungen Gens auf die Tests zu beschränken”, sagte Fox. „Das würde seltene Codons zu einer weiteren Kontroll- und Feinabstimmungsebene machen Genua.”

Die Herausgeber von eLife sagte, dass “die Arbeit neue Wege bei der Identifizierung der Codon-Nutzung als Grundlage für die gewebespezifische Genexpression bei Tieren beschreitet.”


Die genetische Signatur steigert die Proteinproduktion während der Zellteilung


Mehr Informationen:
Scott R. Allen et al., Distinct responses to rare codons in selected Drosophila-Geweben, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.76893

Protokollinformationen:
eLife


Zur Verfügung gestellt von
Duke University


Zitieren: Fliegenforscher finden eine weitere Schicht, die sich im Code des Lebens versteckt (2022, 19. Mai), abgerufen am 19. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-layer-code-life.html

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