Tutkijat selvittivät molekyylibiologian pitkäaikaisen mysteerin: Solut mittaavat RNA-häntien pituuden molekyylikellon avulla

Solut muuntavat DNA:n geneettisen koodin ketjumaisiksi mRNA-molekyyleiksi, jotka toimivat viesteinä proteiinien tuottamiseksi. mRNA:n päähän liitetään poly(A)-häntä eli adenosiineista (A) koostuva toistojakso, joka vaikuttaa siihen, kuinka paljon proteiinia mRNA tuottaa ja kuinka pitkään viesti säilyy solussa. Hiivasoluissa hännät ovat yleensä 60 adenosiinia pitkiä, mutta tähän asti ei tiedetty, miten solut määrittävät niiden pituuden näin tarkasti.

Turun yliopiston tutkijat onnistuivat yhdessä Cambridgen molekyylibiologian laboratorion (LMB) ja Aarhusin yliopiston tutkijoiden kanssa rekonstruoimaan poly(A)-häntien muodostusprosessin laboratoriossa. He havaitsivat, että hännän pituuden ratkaisevat kaksi tekijää: adenosiineja lisäävä CPAC-koneisto ja Nab2-proteiini, jonka kiinnittyminen häntään pysäyttää sen pidentymisen.

Tutkijat yllättyivät, että hännän pituus ei määräydy sen koon perusteella, vaan kahden prosessin kilpajuoksuna: kuinka nopeasti CPAC lisää adenosiineja ja kuinka nopeasti Nab2 sitoutuu.

– Nämä molekyylikoneet mittaavat RNA:ta ajan, eivät koon perusteella. Tarkkuus syntyy siitä, että Nab2 pysäyttää reaktion aina kahden-kolmen sekunnin kuluttua sen alkamisesta, kertoo tutkimusta johtanut akatemiatutkija Matti Turtola Turun yliopistosta.

Tässä kellontarkassa järjestelmässä Nab2:n pitoisuus solussa, ja siten sen kiinnittymisnopeus, määrää, milloin hännän pidentyminen pysähtyy.

– Mekanismi on elegantti, sillä Nab2 myös säätelee omaa pitoisuuttaan soluissa. Tämä pitää mittaustarkkuuden kohdallaan muuttuvissa olosuhteissa, Turtola toteaa. 

Ajoitukseen perustuvan säätelyn ansiosta jokainen uusi mRNA saa juuri oikean pituisen hännän, mikä ylläpitää proteiinintuotannon tasapainoa.

Suomen Akatemian ja Magnus Ehrnroothin säätiön rahoittama tutkimus tarjoaa uutta tietoa siitä, miten solut säätelevät geenien ilmenemistä.

Tutkimus osoittaa, että ajoitukseen perustuvat mekanismit voivat olla yhtä keskeisiä kuin rakenteelliset tunnistuskeinot.

Samankaltaisia "kineettisiä viivaimia" voi esiintyä erilaisissa biologisissa prosesseissa, ja niiden toiminnan ymmärtäminen voi auttaa selvittämään sairauksien taustalla olevia häiriöitä. Ihmisellä Nab2:n vastine, ZC3H14, on tärkeä erityisesti aivojen kehityksessä, mikä viittaa siihen, että vastaavat mekanismit ovat olennaisia myös ihmisen solujen tasapainon ylläpidossa.

Tutkimus on julkaistu arvostetussa Genes & Development -lehdessä elokuussa.