Деформированные, не правильно синтезированные или вовсе отсутствующие белки могут быть причиной множества серьезных заболеваний. В частности, причиной таких заболеваний, как мышечная дистрофия и муковисцидоз является именно отсутствие определенного белка или неправильный его синтез. Вопрос о том, как исправить вызванные генетическими причинами ошибки синтеза белка занимает множество исследователей.

В клетке в синтезе белка участвуют РНК (рибонуклеиновая кислота) и рибосомы – маленькие умные биостанции, умеющие читать код РНК. РНК – длинная молекула из четырех различных типов звеньев, которые называются основаниями — аденин (A),гуанин (G), урацил (U) и цитозин (C). Последовательность звеньев на отдельных участках РНК является кодом для синтеза определенного белка. Например, последовательность AGU UAC AAA GGA AAC кодирует один белок, а AAA GGU UCC CUU AUG GAA –совершенно другой (последовательности для примера).

Важной часть РНК являются участки, обозначающие Начало и Конец последовательности для каждого конкретного белка. Рибосома присоединяется к РНК и ползет по ней. В рибосоме есть так называемая рамка считывания, в которую помещаются три основания. Каждым трем основаниям соответствует одна аминокислота белка. Рамка считывания последовательно определяет каждые три основания на РНК.

Наткнувшись на начальную последовательность, РНК начинает собирать конкретный белок по закодированной в РНК схеме, а наткнувшись на концевую последовательность, рибосома понимает, что конструкция белка готова, отсоединяет готовую молекулу белка от себя и принимается за следующую. Из-за генетических мутаций меняется последовательность оснований в ДНК и, соответственно, в РНК, так как ДНК является закодированной матрицей для производства РНК. И, как теперь мы понимаем, измененный код РНК приводит к синтезу неправильных белков. Даже изменение одной буквы – одного основания – меняет полностью схему сборки белка.

Один из видов мутаций — нонсенс мутации – приводит к преждевременному появлению стоп-сигнала для РНК. И синтез белка оканчивается слишком рано, появляется маленький, дефектный белочек. К нонсенс-мутациям при муковисцидозе относятся мутации W1282X, G542X, R553X, S1255X, R1162X, W1316X, Q1291X. Когда такой недосинтеированный белок отсоединяется от РНК и попадает в клетку, включается система защиты от ошибок, своеобразная система клеточного ГОСТа, и клетка пытается уничтожить этот белок. В целом эта система защиты работает правильно, так как такие белки могут быть опасны.

Кроме того, у самой РНК есть система защиты от синтеза неверных белков, и если такая система срабатывает, то белок вообще не начинает производиться. Но в некоторых случаях наличие даже плохо сделанного белка лучше, чем вообще ничего. В частности, в случае муковисцидоза даже неверно синтезированный белок может, хоть и слабо, работать и улучшить течение заболевания. Поэтому во многих лабораториях предпринимаются попытки разработки методик, которые бы предотвратили распад в клетке неверно синтезированного белка и заставили его работать.

Команда из в Лаборатории Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) описывает Nature Biotechnology разработанный ими новый принцип предотвращения несовершенного (рано закончившегося) синтеза белков.
Команда во главе с профессором Adrian Krainer разработала методику, которая позволяет отключить в клетке защиту от синтеза неверных белков. Причем дана методика позволяет отключить этот механизм только тогда, когда это приведет к восстановлению производства хотя бы частично функционального белка.
В разработанной методике путем биосинтеза в молекулы РНК вводится специальные последовательности-обманки на определенном расстоянии от неправильного, мутантного стоп-сигнала. Когда РНК обнаруживает такую обманку, она начинает игнорировать слишком рано расположенный стоп-сигнал и продолжает доделывать нужный белок до конца. Такой белок полной длины будет частично функционален и сможет улучшить течение болезни.

Это исследование находится еще на стадии разработки, и авторы надеются, что объединение их методики и методов улучшения синтеза путем применения потенциаторов и корректоров позволят получить значительно более функциональный белок при некоторых мутация.