Geny i białka

Geny i białka
Aleksandra Wewiórska, 10 października 2000:

Czytałam ostatnio "Świat Nauki" i w jednym z artykułów dotyczących badań nad ludzkim genomem znalazłam fragment, który przyznam trochę mnie zastanowił. Do tej pory zawsze mnie uczono, że jeden gen koduje jedno białko. A tymczasem w artykule czytamy:
"Naukowcy uważali niegdyś, że jeden gen odpowiada jednemu rodzajowi mRNA, czyli jednemu białku (...). Teraz wiadomo, iż każdy gen może być odczytywany kawałkami, które są łączone i cięte, wskutek czego powstają rozmaite typy mRNA(...). "
Jak to w końcu jest z tymi białkami i genami? Wprawdzie pod tekstem znajduje się przypis tłumaczki zapewniający, że nie jest tak, że jeden gen koduje więcej niż jedno białko...
Krysia Nahlik, 10 października 2000:

Chodzi w nim o to, że kiedyś myślano, że z każdego genu może powstać tylko 1 rodzaj mRNA, zawsze taki sam, a teraz wiadomo, że w większości genów są introny, a podczas alternatywnego składania mogą z niego powstawać różne typy mRNA, kodujące różne odmiany białek, więc chociaż z 1 genu powstaje 1 białko, nie zawsze jest to takie samo białko. Dobrym przykładem mogą być tu geny immunoglobulin, na których podczas takiego alternatywnego składania mogą powstawać setki różnych białek, choć wciąż są to immunoglobuliny.
Grzegorz Nalepa, 11 października 2000

Szkoda, że nie mogę przeczytać całego artykułu. Autor miał rację, pisząc, że podczas odczytywania jednego genu może powstawać cząsteczka RNA, która później jest cięta, składana i odczytywana na różne sposoby. W takich przypadkach podczas odczytywania jednego genu powstaje kilka różnych wersji białka kodowanego przez ten gen. Jeśli tłumaczka to sprostowała, to niestety nie miała racji.
Tak jak wyjaśniła Krysia, chodzi przede wszystkim o składanie genów. Cząsteczka RNA powstająca podczas transkrypcji identycznego genu może być inaczej składana w różnych tkankach. Na przykład w wątrobie powstaje białko, w którym są fragmenty kodowane przez egzony ABCDE, a w nerce jeden z tych egzonów jest wycinany podczas składania genu i komórki nerki produkują krótsze białko ACDE.
Ale składanie genów to nie wszystko. Istnieje jeszcze zjawisko, które nosi nazwę "RNA editing". Po polsku trzeba chyba powiedzieć: redagowanie RNA.
O co chodzi w redagowaniu RNA? Kiedy skończy się transkrypcja, do redagowanej cząsteczki RNA przyłączają się enzymy, które potrafią zmieniać wybrane nukleotydy RNA. Kiedy taka zmieniona cząsteczka RNA zostanie poddana translacji, to powstanie białko o nowej kolejności aminokwasów. W tym przypadku patrząc na kolejność nukleotydów w DNA można się haniebnie pomylić co do kolejności aminokwasów w białku. A mnie tez zawsze wbijali do głowy, że znając sekwencję DNA, można w ciemno zgadnąć sekwencję białka. :)
Jednym z najważniejszych genów, który jest redagowany na poziomie RNA, jest gen kodujący apolipoproteinę B - białko, które znajduje się na powierzchni różnych lipoprotein krwi człowieka. Lipoproteiny to kompleksy białek i tłuszczów, wykorzystywane do transportu cholesterolu i innych lipidów z jelit do wątroby albo z wątroby do innych tkanek. Komórki produkują apolipoproteinę B w dwóch wersjach. Jedna to apoB-100, duże białko wbudowywane m.in. do lipoprotein LDL, które przenoszą tzw. "zły cholesterol" ("zły", bo podwyższone stężenie cholesterolu LDL we krwi zwiększa ryzyko miażdżycy). Druga to apoB-48, mniejsze białko umieszczone na chylomikronach (lipoproteinach przenoszących różne lipidy z jelit do wątroby). Cząsteczka apoB-48 przypomina apoB-100, ale jest o wiele krótsza - ma 48% długości tej większej apolipoproteiny (stąd nazwa apoB-48).
Okazało się, że apoB-48 i apoB-100 są kodowane przez jeden gen, ale po transkrypcji specjalny enzym może redagować cząsteczkę RNA, zmieniając w pewnym ściśle określonym miejscu cytozynę na uracyl. Wskutek redagowania powstaje w tym miejscu kodon nonsensowny, który kończy translację. Po odczytaniu redagowanej cząsteczki mRNA powstaje białko apoB-48, które kończy się na tym zredagowanym miejscu. Translacja niemodyfikowanej cząsteczki RNA pozwala stworzyć białko o pełnej długości - apoB-100.
A kolejność aminokwasów w genie pozostaje niezmieniona...
Zjawisko redagowania RNA można na kilka sposobów wykorzystać w terapii genowej. Na przykład - naukowcy próbują zapobiegać miażdżycy, zmniejszając produkcję apoB-100 (i jednocześnie LDL, czyli "złego" cholesterolu). Gdyby udało się jakoś pobudzić proces redagowania RNA genu apoB, to komórki wytwarzałyby więcej nieszkodliwej apolipoproteiny B-48 i mniej apoB-100. Już udowodniono, że wprowadzając do komórek myszy dodatkowy gen kodujący enzym redagujący RNA apoB można obniżyć poziom LDL. Nie wiadomo tylko, czy w ten sposób nie zwiększy się też redagowania innych cząsteczek RNA, a rozregulowanie tego procesu mogłoby ulatwić transformację nowotworową komórki...
Trzeba pamiętać, że różne modyfikacje procesu składania genów i redagowanie RNA wcale nie są rzadkim zjawiskiem: ocenia się, że aż 30% wszystkich cząsteczek RNA człowieka można składać i obrabiać na różne sposoby. Między innymi właśnie dlatego samo odczytanie genomu człowieka niewiele nam mówi o tym, co naprawdę dzieje się w komórkach - wystarczy tylko sobie wyobraźcie, że co trzeci-czwarty gen koduje więcej niż jedna postać białka... W związku z tym bardzo szybko rozwija się nauka, która na dużą skalę bada zależności pomiędzy różnymi białkami i interesuje się produkcją różnych rodzajów białek komórkowych. Badanie genomów (zestawów genów komórki) nosi nazwę genomiki (genomics); badanie proteomów (zestawów białek komórki) to proteomika (proteomics).