ترجمه ژن ها پیچیده تر از انتظار است.

این کشف توسط توسعه یک نوع میکروسکوپ پیشرفته انجام شده است که به طور مستقیم ترجمه کد ژنتیکی را در سلول زنده تصویر می کند. این مطالعه در روز 6 ژوئن 2019 در مجله علمی Cell منتشر شده است.

از ژن به پروتئین

هر سلول در بدن ما دارای همان DNA است، با این حال سلول های مختلف مانند سلول های مغز یا سلول های عضلانی دارای عملکرد مختلف هستند. تفاوت در عملکرد سلول بستگی دارد که کدام بخش از اطلاعات ژنتیکی (به نام ژن ها) در هر سلول فعال هستند. اطلاعات ژنتیکی ذخیره شده در این ژن ها توسط کارخانه های ترجمه تخصصی به نام ریبوزوم ترجمه می شود. ریبوزوم ها کد ژنتیکی را خوانده و پروتئین ها را بر اساس اطلاعات ذخیره شده در این کد ژنتیکی مشابه کارخانه ساخت یک دستگاه بر اساس یک طرح، می خوانند. پروتئین ها نیروی کار بدن ما هستند و عملکردهای کدگذاری شده در ژن های ما را انجام می دهند. برای اینکه سلول ها و اندام های ما به درستی عمل می کنند، مهم است که اطلاعات ژنتیکی ذخیره شده در ژن های ما دقیقا به پروتئین ترجمه شود. اگر کد ژنتیکی نادرست ترجمه شود، پروتئین های مضر می توانند تولید شوند که می تواند به بیماری های عصبی مانند بیماری هانتینگتون منجر شود.

تصویر سازی دی ان ای در سلول

"چهارچوب خواندن" ژن ها

کد ژنتیک در گروه های 3 حرف ترجمه می شود، هر کدام یک کلمه مشابه است که به یک قسمت از پروتئین ترجمه می شود. اگر یک ریبوزوم شروع به ترجمه کد در موقعیت اشتباه کند، یک تغییر در کد 3 حرف ممکن است رخ دهد. به عنوان مثال، جمله زیر باید خوانده شود:

"the man saw his new red car"

با این حال، اگر یک ریبوزوم ترجمه یک حرف این جمله را خیلی دیر شروع کند، جمله خوانده خواهد شد:

"hem ans awh isn ewr edc ar"

در مورد کد ژنتیکی، این پدیده به نام "خارج از فریم یا چهارچوب" ترجمه می شود. Sanne Boersma، محقق در موسسه Hubrecht توضیح می دهد: "همانطور که در مثال نشان داده شده، ترجمه خارج از چهارچوب اثر بزرگی بر روی پروتئین دارد و معمولا یک پروتئین است که به طور متفاوتی رفتار می کند و می تواند به سلول آسیب برساند." تا کنون مشخص نشده است که چگونه ریبوزوم می داند کدام کد را شروع می کند و چقدر ریبوزوم اشتباه می کند.

یک روش جدید: SunTag و MoonTag

محققان روش جدیدی را برای تجسم رمزگشایی اطلاعات ژنتیکی ما در سلولهای زنده ایجاد کردند. آنها توانستند محصولات مختلف پروتئین را در رنگ های مختلف برچسب گذاری کنند و هر نوع پروتئین را با استفاده از میکروسکوپ پیشرفته تجسم کنند. هر پروتئین با استفاده از یک برچسب خاص یا تگ، SunTag و MoonTag نامگذاری شد که می توانستند از طریق میکروسکوپ ببیند. با ترکیب MoonTag و SunTag، محققان می توانند برای اولین بار ببینند که چگونه اغلب ترجمه خارج از چهارچوب انجام می شود.

غافلگیری بزرگ

محققان دریافتند که ترجمه خارج از چهارچوب به طور شگفت انگیزی اتفاق می افتد. در موارد شدید، تقریبا نیمی از تمام پروتئین هایی که ساخته شده اند، یک فریم یا کد خواندن متفاوت از کد مورد نظر استفاده می شود. این یافته های شگفت آور نشان می دهد که اطلاعات ژنتیکی ذخیره شده در DNA ما بسیار پیچیده تر از آنچه قبلا تصور می شد، می باشد. بر اساس مطالعات جدید، DNA ما احتمالا هزاران پروتئین ناشناخته قبلی را با عملکرد ناشناخته کپی می کند. Sanne Boersma: "به دلیل مطالعه ما، اکنون می توانیم سؤال های مهمی را مطرح کنیم: پروتئین های جدید چه کار می کنند؟ آیا نقش مهمی در بدن ما ایفا می کنند یا آیا آنها محصولی از ترجمه هستند که می توانند به سلول های ما صدمه بزنند؟"

منبع:

Sanne Boersma, Deepak Khuperkar, Bram M.P. Verhagen, Stijn Sonneveld, Jonathan B. Grimm, Luke D. Lavis, Marvin E. Tanenbaum. Multi-Color Single-Molecule Imaging Uncovers Extensive Heterogeneity in mRNA Decoding. Cell, 2019; DOI: 10.1016/j.cell.2019.05.001