یک آرکیون، یک کدون را به دو شیوهٔ متفاوت میخواند و اصل پذیرفتهشدهای را که ۶۰ سال پابرجا بوده، زیر سؤال میبرد.
موجودات زنده معمولاً کد ژنتیکی را بهصورت بسیار دقیق و قابلپیشبینی تفسیر میکنند. هر کدون، که مجموعهای سهتایی از نوکلئوتیدها در یک ژن است، به یک اسید آمینهٔ مشخص اشاره دارد که در ساخت پروتئین در حال رشد بهکار میرود.
اکنون پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، برکلی دریافتهاند که یک نوع میکروارگانیسم میتواند نوعی عدم قطعیت در این فرایند را تحمل کند. این یافته، باور دیرینهای را که میگفت کد ژنتیکی باید همواره با دقت کامل تفسیر شود، به چالش میکشد.
این میکروب، یکی از اعضای تولیدکنندهٔ متان در گروه آرکیها، یک توالی سهحرفی خاص را به دو شیوهٔ متفاوت میخواند. اگرچه این کدون معمولاً بهعنوان سیگنال توقف عمل میکند و تولید پروتئین را پایان میدهد، این موجود گاهی آن را بهعنوان نشانهای برای ادامهٔ ساخت پروتئین در نظر میگیرد. در نتیجه، دو نسخهٔ مختلف از پروتئین شکل میگیرد و به نظر میرسد انتخاب بین این دو نسخه تا حدی تحت تأثیر شرایط محیطی است. گونهٔ Methanosarcina acetivorans در حالی که با این سیستم انعطافپذیر در رمزگشایی فعالیت میکند، سالم باقی میماند و نشان میدهد زندگی میتواند با کد ژنتیکی کمی ناقص هم به خوبی عمل کند.
دانشمندان بر این باورند که این ابهام ممکن است تکامل یافته باشد تا موجود بتواند یک اسید آمینهٔ نادر به نام پیرولیزین را به آنزیمی اضافه کند که به تجزیهٔ متیلآمین، یک ترکیب محیطی رایج که حتی در رودهٔ انسان یافت میشود، کمک میکند.
ابهام بهعنوان یک مزیت
گفت دیپتی نایاک، استادیار زیستشناسی مولکولی و سلولی در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و نویسندهٔ ارشد مقالهای که یافتهها را در تاریخ ۶ نوامبر در مجلهٔ Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر کرده است: «بهصورت عینی، ابهام در کد ژنتیکی باید زیانآور باشد؛ زیرا در نهایت یک مجموعهٔ تصادفی از پروتئینها ایجاد میکنید. اما سیستمهای زیستی پیچیدهتر و ابهامآمیزتر از آن چیزی هستند که ما تصور میکنیم و این ابهام در واقع یک ویژگی است؛ یک نقص نیست.»
آرکیهای تولیدکنندهٔ متان از گونهٔ Methanosarcina acetivorans. این میکروبها با یک رنگ فلورسانت مشخص رنگآمیزی شدهاند که بهطور ویژه به غشاهای آرکیها میچسبد.
آرکیها که متیلآمینها را مصرف میکنند و باکتریهایی که ممکن است این توانایی را کسب کرده باشند، نقش مهمی در بدن انسان ایفا میکنند. در کبد، متابولیتهای حاصل از گوشت قرمز به تریمتیلآمین N-اکسید تبدیل میشوند که با بیماریهای قلبی-عروقی مرتبط است. ما به این میکروبها وابستهایم تا متیلآمینها را قبل از رسیدن به کبد حذف کنند.
این یافتهها پیامدهایی برای درمانهای آیندهٔ بیماریها دارند. برخی پژوهشگران گمان کردهاند که وارد کردن مقداری عدم دقت در ماشینآلات ترجمه ممکن است به درمان بیماریهایی کمک کند که ناشی از کدون توقف زودرس در ژنهای مهم هستند و پروتئینهای غیرعملکردی تولید میکنند. این موضوع شامل حدود ۱۰٪ از تمامی بیماریهای ژنتیکی است، از جمله فیبروز کیستیک و دیستروفی عضلانی دوشن. کمی «نشت» در کدون توقف میتواند اجازه دهد تا میزان کافی از پروتئین طبیعی تولید شود و علائم بیماری کاهش یابد.
رمز ژنتیکی
DNA در ژنوم ابتدا به RNA رونویسی میشود و سپس این کد ژنتیکی توسط ماشینآلات سلولی خوانده شده و پروتئینها تولید میشوند. اسیدهای نوکلئیک تشکیلدهندهٔ RNA چهار نوع دارند:
آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و اوراسیل (U). در بیشتر موجودات بررسیشده تاکنون، گروههای سهتایی از نوکلئوتیدها یا کدونها به یک اسید آمینهٔ خاص یا به کدون توقف اختصاص داده شدهاند که سنتز پروتئین را متوقف میکند. وقتی RNA به رشتهای از اسیدهای آمینه ترجمه میشود، ماشینآلات سلولی همیشه به این رابطهٔ یکبهیک پایبند هستند.
با این حال، همهٔ موجودات RNA را به یک شیوه رمزگشایی نمیکنند. برخی یک اسید آمینهٔ متفاوت به یک کدون خاص اختصاص میدهند، برخی بیش از ۲۰ اسید آمینهٔ استاندارد در هر موجود دارند و کدونها نیز تکراری هستند؛ یعنی چندین کدون میتوانند برای یک اسید آمینه کد دهند. اما در سراسر درخت حیات، هر کدون بدون هیچ استثنا، بهطور یکنواخت تنها یک معنا دارد.
نایاک گفت: «این اساساً مانند یک رمز است؛ شما چیزی را از یک زبان میگیرید و به زبان دیگری ترجمه میکنید.»
یک شگفتی در آرکیها
نایاک گفت: «دانشمندان مدتهاست میدانند که بسیاری از اعضای آرکیها پیرولیزین تولید میکنند و این به آنها ۲۱ گزینهٔ اسید آمینه میدهد، در حالی که معمولاً فقط ۲۰ اسید آمینه برای ساخت پروتئین وجود دارد. این موضوع مزایایی دارد. وقتی یک اسید آمینهٔ جدید دارید، دنیا در اختیار شماست،» او گفت. «میتوانید با کد بسیار بزرگتر بازی کنید. مثل این است که یک حرف جدید به الفبا اضافه کرده باشید.»
با این حال، تصور میشد این موجودات تنها تفسیر کدون توقف UAG را به منظور کدگذاری برای پیرولیزین تغییر دادهاند. در مطالعهٔ جدید، نایاک و دانشجوی سابق، کیتی شالوارجیان، آرکیها را بررسی کردند و تولید پیرولیزین را در بسیاری از شاخهها یافتند.
شالوارجیان گفت. او اکنون پژوهشگر پسادکترا در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور است: «ما دریافتیم که ماشینآلات لازم برای تولید پیرولیزین در آرکیها بسیار گسترده است، بهویژه در میان این آرکیهای متانزاینده که متیلآمینها را مصرف میکنند.»
انشعاب در کد ژنتیکی
با این حال، او کنجکاو بود که داشتن ۲۱ اسید آمینه به جای ۲۰ چگونه بر این موجودات و فیزیولوژی آنها تأثیر میگذارد. هنگام بررسی کنترل ژنتیکی تولید پیرولیزین در متانزا، متوجه شد که کدون UAG همیشه بهعنوان پیرولیزین (Pyl) تفسیر نمیشود.
شالوارجیان گفت: «کدون UAG مانند یک انشعاب در مسیر است که میتواند هم بهعنوان کدون توقف و هم بهعنوان باقیماندهٔ پیرولیزین تفسیر شود. ما فکر میکنیم اینکه یک پروتئین عمدتاً به شکل بلند یا کوتاهشدهٔ خود وجود داشته باشد، ممکن است یک نشانهٔ تنظیمی برای سلول ایجاد کند.»
نایاک و شالوارجیان به دنبال نشانههایی وابسته به توالی یا ساختار بودند که ممکن است تفسیر کدون UAG را تحت تأثیر قرار دهند، اما هیچکدام را نیافتند.
نایاک گفت: «متانزاها کدون UAG را دوباره رمزگذاری نکردهاند و هیچ عامل جدیدی هم اضافه نکردهاند تا آن را قطعی کنند؛ آنها بین اینکه این کدون را بهعنوان توقف بخوانند یا با افزودن این اسید آمینهٔ جدید ادامه دهند، در نوسان هستند. آنها نمیتوانند تصمیم بگیرند. فقط هر دو کار را انجام میدهند و به نظر میرسد با این انتخاب تصادفی مشکلی ندارند.»
یک تعادل سلولی
شواهد اولیه نشان میدهد که میزان پیرولیزین در سلول ممکن است عامل تعیینکننده باشد. اگر این اسید آمینه در سلول زیاد باشد، ممکن است تفسیر UAG را بیشتر به سمت وارد کردن آن در پروتئین سوق دهد. در این موجود بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ ژن وجود دارد که کدون UAG دارند و بنابراین توانایی تولید پروتئینی حاوی پیرولیزین را دارند. با این حال، وقتی مقدار این اسید آمینه کم باشد، UAG بهعنوان کدون توقف تفسیر میشود و پروتئین متفاوتی تولید میکند که بسته به شرایط ممکن است عملکردی داشته باشد یا نداشته باشد.
نایاک گفت: «این واقعاً راه را برای یافتن روشهای جالب برای کنترل نحوهٔ تفسیر کدونهای توقف توسط سلولها باز میکند.»
منبع خبر : scitechdaily.com
نظرات کاربران