«Молчаливый код» белка актина влияет на движение клеток

Исследование, проведенное под руководством Пенсильванского университета, показывает, что две формы белка актина различаются по функциям из-за того, что у них разные нуклеотидные последовательности. Хотя цепочки аминокислот почти идентичны, говорится в пресс-релизе Пенсильванского университета. Выводы ученых появились в журнале eLife.

Актин – важный белок для жизни. У млекопитающих каждая клетка экспрессирует две формы этого белка: бета-актин и гамма-актин. Несмотря на то что эти две формы играют разные роли, они почти идентичны: у них на 99% совпадают аминокислотные последовательности.

Новое исследование показало, что функции этих белков в клетке регулируются не небольшими различиями в аминокислотной последовательности. Скорее, их нуклеотидные последовательности – «буквы», составляющие их ДНК, которые различаются примерно на 13% между двумя формами, – определяют, какую роль две формы актина играют в выживании организмов и миграции клеток.

Оказалось, что мРНК бета-актина транслируется в белок быстрее, чем гамма-актин. Обе формы помогают клеткам двигаться, но более высокая скорость бета-актина, по-видимому, заставляет клетки сильнее прикрепляться к субстрату, замедляя движение клеток.

«На глобальном уровне это расширяет наше понимание генетического кода, – говорит Анна Кашина из Школы ветеринарной медицины при Пенсильванском университете, профессор биохимии и ведущий автор исследования. – Раньше мы полагали, что роль нуклеотидов заключалась в кодировании аминокислот, но теперь мы видим, что на самом деле белки с одной и той же аминокислотной последовательностью имеют разные скорости трансляции, и это влияет на их функцию».

Ученые используют термин «молчаливый код», чтобы обозначить влияние этих нуклеотидных различий. Ранее команда провела эксперимент с мышами. Выяснилось, что не редактирование аминокислотной последовательности, а поддержание «молчаливого» нуклеотидного кода может привести к тому, что гамма-актин будет вести себя в организме как бета-актин. Обычно мыши, лишенные бета-актина, умирают до рождения, но исследователи показали, что редактирование гена бета-актина таким образом, чтобы он имел ту же аминокислотную последовательность, что и гамма-актин, позволял мышам выжить благодаря различиям в нуклеотидах.

Другой эксперимент – по заживлению ран – показал, что нуклеотидная последовательность в первую очередь определяет скорость, с которой актин способствует движению клеток. Клетки, экспрессирующие только типичный бета-актин, мигрировали с типичной скоростью, но клетки, экспрессирующие гамма-актин, перемещались в два раза быстрее. Клетки с отредактированной версией актина показали, что это различие зависит от нуклеотидной последовательности. Бета-актин был отредактирован так, чтобы аминокислотная последовательность гамма перемещалась подобно клеткам, экспрессирующим гамма-актин, а клетки с гамма-актином отредактировали так, чтобы аминокислотная последовательность бета-актина перемещалась со скоростью клеток, экспрессирующих бета-актин.

Эти результаты удивили исследователей, поскольку они ожидали, что более высокая плотность рибосом в мРНК бета-актина может поддерживать более быструю трансляцию и, следовательно, более быстрое движение клеток. И действительно, когда они измерили скорость трансляции на уровне одной молекулы, они обнаружили, что трансляция для бета-актина происходит примерно в два раза быстрее, чем для гамма-актина.

В конечном итоге ученые обнаружили, что, хотя субъединицы бета-актина могли поставляться быстрее, чем субъединицы гамма-актина, эта скорость работала в ущерб скорости миграции клеток.

[Фото: KASHINA LAB/UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA]