Cirkadijalni ritmovi, unutrašnji biološki satovi koji regulišu naše svakodnevne aktivnosti, neophodni su za održavanje zdravlja i blagostanja. Dok je uloga transkripcije u ovim ritmovima dobro utvrđena, nova studija baca svetlo na kritičnu važnost post-transkripcionih procesa.
Istraživanje pod nazivom „Profiliranje cirkadijanskog ribozoma otkriva ulogu otvorenog okvira za čitanje Period2 uzvodno u snu“, objavljeno u PNAS, redefiniše naše razumevanje kako procesi prevođenja i post-transkripcije utiču na unutrašnji sat tela i njegov uticaj na obrasce spavanja.
Koristeći profilisanje ribozoma, istraživački tim je ispitao vreme vezivanja ribozoma u odnosu na vršne nivoe proteina i RNK. Otkrili su značajne razlike u vremenu ovih procesa, što ukazuje na složenu posttranslacionu kontrolu cirkadijalne proizvodnje proteina.
„Nadogradili smo naš prethodni rad da precizno kvantifikujemo nivo cirkadijalnih proteina kod miševa koji su držani u stalnoj tami tokom perioda od 24 sata, što kontroliše zbunjujuće efekte svetlosti“, kaže odgovarajući autor Hiroki Ueda.
„Koristeći profilisanje ribozoma, želeo sam da vidim kako je vezivanje ribozoma za RNK povezano sa vremenom kada su ti proteini zapravo napravljeni. I pokušavajući da odgovorimo na ovo osnovno pitanje o vremenu, otkrili smo da ribozomi vezuju uzvodni otvoreni okvir za čitanje u Period2 što je promenilo amplitudu cirkadijanskih ritmova i poremetilo san kod miševa“, dodaje glavni autor Artur Milijus.
Istraživači su pronašli mnoge uzvodne otvorene okvire čitanja (uORF) u 5′ neprevedenom regionu cirkadijalne mRNK, što je deo RNK pre takozvane „kodirajuće sekvence“ koju ribozomi prevode u protein. Ovi uORF-i su bili povezani sa smanjenim vezivanjem ribozoma u glavnoj kodirajućoj sekvenci i smanjenom ekspresijom reportera u različitim cirkadijalnim testovima koje su istraživači testirali koji sugerišu ulogu uORF-a u oblikovanju cirkadijalne ekspresije proteina.
„Oko polovine gena kod miševa i ljudi ima najmanje jedan uORF“, objašnjava Dimitri Perin, bioinformatičar tima, „ali je posebno interesantno da oko 75% gena povezanih sa cirkadijalnim ritmovima ima uORF, što znači da su cirkadijalni ritmovi posebno podložni ovoj vrsti post-transkripcione regulacije“.
Mutiranje uORF-a u genu jezgra sata Period2 (Per2) dalo je intrigantne rezultate. On je pojačao ekspresiju Per2 mRNA dok je značajno smanjio ukupno trajanje sna kod miševa, posebno tokom prelaza između svetla i tame.
„Naši podaci o spavanju sugerišu da ometanje uORF-a može imati fiziološke uticaje na ponašanje miševa, što pokazuje da ne morate da mutirate protein da biste imali efekta“, objašnjava Rikuhiro Jamada koji je analizirao fenotip miševa koristeći laboratorijski uređaj za brzo spavanje. sistema.
„Izvršili smo profilisanje ribozoma na Per2 uORF mutantnim miševima, i iako je vezivanje ribozoma bilo pojačano kod mutantnih miševa, najviše je iznenađujuće povećanje nivoa Per2 mRNA“, nastavlja Arthur Millius. „Mislili smo da će uORF prvenstveno uticati na translaciju mRNK, ali se ispostavilo da bi takođe mogli izazvati odgovor na degradaciju RNK sličan raspadu posredovanom besmislicom.“
PER2 protein je u centru inhibitorne povratne sprege koja leži u osnovi molekularnih mehanizama koji kontrolišu cirkadijalne ritmove, ali njegov značaj prevazilazi samo regulisanje sna.
Ekspresija Per2 je deregulisana kod raka dojke, smanjena je kod pacijenata sa akutnom mijeloidnom leukemijom, a poremećaj Per2 dovodi do tumorgeneze kod miševa. Stoga, razumevanje post-transkripcionih procesa koji oblikuju ekspresiju Per2 ima široke implikacije za različita polja, uključujući cirkadijalne ritmove i medicinu, i moglo bi da pruži novi uvid u to kako rak otima normalni cirkadijalni program ćelije ili da pomogne u poboljšanju lekova sa vremenski zavisnim terapijska efikasnost.
