Creierul şi organele de reproducere masculine par că pot alege mai multe secvenţe diferite de cod genetic pentru a produce o anumită proteină. Oamenii de ştiinţă spun că utilizarea acestor secvenţe rare de cod genetic ar putea reprezenta un alt nivel de control în genom, esenţial pentru fertilitate şi evoluţie.
La un deceniu de la descifrarea structurii ADN, spirala dublă formată din patru baze azotate, A (adenină), C (citozină), G (guanină) şi T (timină), britanicul Francis Crick a continuat cercetările pentru a descifra secvenţele intermediare, respectiv modul în care trei dintre aceste baze azotate dintr-o genă sunt transpuse în codon, o secvenţă intermediară formată doar din trei nucleotide, care reprezintă „reţeta" pentru formarea unui singur aminoacid, principalul bloc de construcţie al unei proteine.
Ceea ce a fost izbitor la momentul respectiv şi a rămas încă oarecum o enigmă, este faptul că acest nivel din ADN a folosit 61 de codoni de trei litere diferiţi pentru a produce doar 20 de aminoacizi, ceea ce înseamnă că mulţi codoni au fost sinonimi, descriind aceleaşi informaţii.
„Suntem învăţaţi la orele de biologie că atunci când trecem de la o versiune la alta a codonului şi aminoacidul nu se schimbă, avem de-a face cu ceea ce se numeşte o mutaţie tăcută. Adică, mutaţia nu contează. Cu toate acestea, atunci când cercetătorii au secvenţiat organisme diferite, au identificat o ierarhizare, unii codoni fiind exprimaţi foarte frecvent, iar alţii foarte rar. Această distribuţie a codonilor poate varia între diferitele tipuri de ţesut şi de la un organism la altul“, a declarat lect univ. dr. Don Fox, profesor de farmacologie şi biologie a cancerului la Duke School of Medicine.
Cercetătorii au vrut să afle dacă aceste exprimări de codoni rari joacă un rol în modul în care, spre exemplu, o celulă hepatică învaţă să desfăşoare activităţi care ţin de ficat şi cum anume o celulă osoasă învaţă activităţi care ţin de oase.
Ooamenii de ştiinţă au investigat codonii exprimaţi mai rar, folosind în laborator modele de Drosophila melanogaster, musculiţa de fructe. Cercetările au arătat că diferite ţesuturi prezintă aşa numite „codon bias-uri“, adică aceiaşi codoni diferiţi apar în ţesuturi diferite. Se ştie că aceşti codoni rari încetinesc şi chiar opresc producţia de proteine. „Genele care prezintă o multitudine dintre aceşti codoni rari fac mult mai puţine proteine“, a explicat dr. Fox.
Cercetătorii s-au aplecat în special asupra genei KRAS, despre care se ştie că are un rol negativ în cancerul pancreatic şi care prezintă o mulţime de codoni rari. Oamenii de ştiinţă s-au întrebat, de ce o mutaţie a cancerului ar încetini producţia de proteine, când în mod normal o mutaţie canceroasă multiplică anumite celule.
„Se pare că, modul în care este proiectată genetic proteina KRAS, o face să fie foarte greu de produs“, a explicat dr. Fox.
Echipa de cercetători a dezvoltat un nou mod de a analiza utilizarea de către ţesuturi a codonilor, pentru a vedea unde şi cum pot fi folosiţi codonii rari în musculiţele de fructe, care au, probabil, cel mai cunoscut genom din ştiinţă. Specialiştii au efectuat o serie de experimente, variind codonii exprimaţi în gena KRAS, şi au descoperit că modelele cu codoni rari au avut un efect dramatic asupra modului în care gena KRAS controlează semnalizarea între celule.
„Am realizat din acest experiment în domeniul cancerului că am putea adopta abordări similare pe care să le aplicăm la cercetarea noastră principală, şi anume modul în care ţesuturile decid ce codoni anume să folosească“, a menţionat Fox.
În experimentele ulterioare, cercetătorii au descoperit că organele masculine de reproducere de la om şi de la musculiţele de fructe tolerează o mare diversitate de codoni, în timp ce ovarele musculiţelor nu. De asemenea, şi creierul musculiţelor a tolerat o diversitate de codoni.
În mod particular, cercetătorii au identificat o genă cu un număr mare de codoni rari, RpL10Aa, care este mai nouă din punct de vedere evolutiv şi ajută la construirea ribozomului, mecanismul de asamblare al proteinelor din celulă. În opinia cercetătorilor, codonii rari ai acestei gene îşi limitează activitatea doar la a face ca testiculele să fie mai tolerante la un număr mai mare de codoni, ceea ce ar putea avea un rol cheie în fertilitate.
„Modul în care testiculele par să permită exprimarea aproape a oricărei gene, pare să le transforme într-un teren de reproducere fertil, dacă vreţi, pentru noi gene. Testiculele par a fi un loc în care tind să fie exprimate mai întâi genele mai tinere. Credem că este un fel de ţesut mai permisiv care permite noilor gene să preia controlul. Ceea ce credem că se întâmplă este că acei codoni rari reprezintă o modalitate de a limita activitatea acestei gene tinere, din punct de vedere evolutiv, în testicule. Asta ar însemna ca aceşti codoni rari sunt un alt strat de control şi reglaj fin în gene“, a explicat dr. Fox.
Alţi specialişti cred că lucrarea este una inovatoare, identificând codonii ca factori de bază în reglarea expresiei unor gene specifice în ţesuturile animale.
Cercetătorii au publicat lucrarea la începutul lunii mai în jurnalul online cu acces liber eLife.
