Nenápadné start-stop „brány“ regulují tvorbu bílkovin v buňce

Studie publikovaná v časopise Nucleic Acids Research ukazuje, že krátké regulační „start–stop“ prvky fungují jako mimořádně účinné brzdy proteinové syntézy. Ve srovnání s dosud známými regulačními sekvencemi se ukázalo, že dokážou tlumit tvorbu proteinů ještě účinněji. Současně umožňují udržovat v buňce nízkou, ale stabilní hladinu důležitých proteinů i během stresu. Na studii se podíleli vědci z USA, České republiky, Kanady a Švédska. Spoluautorem a jedním z korespondenčních autorů je Leoš Shivaya Valášek, vedoucí Laboratoře regulace genové exprese Mikrobiologického ústavu AV ČR.

Při výrobě bílkovin ribozomy čtou a překládají informaci z molekuly mRNA do aminokyselin, které se průběžně skládají do nové bílkoviny. Na začátku mnoha mRNA se nachází krátké regulační úseky, které tento proces zpomalují nebo upravují. Vědci se zaměřili na zvláštní sekvenci, kde je startovací signál okamžitě následován signálem stop. Ribozom tak dostane pokyn začít i skončit prakticky ve stejném okamžiku. Přestože se takové uspořádání může zdát nelogické, ukázalo se jako důležitý regulační nástroj.

Start–stop motivy se nacházejí ve více než 1400 lidských genech, vyskytují se často v genech řídících buněčné signální dráhy, stresovou odpověď nebo činnost transkripčních faktorů – tedy proteinů, které regulují aktivitu dalších genů. Takové geny musí být v buňce pod velmi přísnou kontrolou, protože i malé změny množství jejich produktů mohou mít významné biologické důsledky.

Odolnost vůči stresu

Vědci zkoumali regulační mechanismy během stresových podmínek mimo jiné také u genu ATF4, který hraje klíčovou roli v tzv. integrované stresové odpovědi buněk. Když je buňka vystavena stresu, běžné regulační mechanismy často mění svoji aktivitu a celková syntéza proteinů je omezena. Autoři ukázali, že regulace zprostředkovaná start–stop prvky je do značné míry nezávislá na celkovém útlumu produkce proteinů během buněčného stresu.

Silnější brzda než známé regulační prvky

Tým porovnal start–stop sekvence s podobnými regulačními elementy v buňce (označovanými jako uTranslons). Přestože oba typy prvků tlumí tvorbu proteinů, start–stop sekvence se ukázaly jako výrazně účinnější. Ribozomy se na nich zdržují déle, než přejdou k hlavní části genu.

Studie tak odhaluje dosud přehlíženou vrstvu regulace genů, což může v budoucnu pomoci lépe porozumět nemocem souvisejícím s poruchami tvorby bílkovin, některých nádorových či neurodegenerativních onemocnění.