Ongeveer 70 procent van het menselijk genoom codeert nergens voor. Wanneer het wordt getranscribeerd naar RNA - de instructies die onze cellen volgen wanneer ze eiwitten maken - bevat het grootste deel van het bericht geen bruikbare informatie. Zoals de onderzoeker van de West Virginia University, Aaron Robart, het uitdrukte:het is "junk-DNA".

Robart bestudeert hoe cellen de verwijdering van deze niet-coderende rommel katalyseren om het RNA dat overblijft te begrijpen. Om het te doen, hij zal bacteriën gebruiken die gedijen in warmwaterbronnen. De National Institutes of Health heeft hem $ 1,6 miljoen toegekend voor het vijfjarige project.

Zijn bevindingen kunnen onze kennis over aandoeningen die verband houden met veranderingen in genexpressie, zoals diabetes en kanker, verdiepen en meer onthullen over de evolutie van het menselijk genoom.

Onze bacteriële voorouders leren kennen

"Men denkt dat het leven op aarde is ontstaan ​​met katalytisch RNA, " zei Robbert, een assistent-professor biochemie aan de School of Medicine. "Voordat er eiwitten waren, voordat er DNA was, voordat er cellen waren, RNA vouwde zich op tot complexe, driedimensionale structuren en het uitzoeken van de chemie van het leven."

Dit primitieve proces ligt nog steeds ten grondslag aan hoe cellen vandaag de dag orde scheppen in coderend en niet-coderend RNA, of die cellen deel uitmaken van een mens, een hyena, een hortensia of een Helicobacter-bacterie. Door te onderzoeken hoe eenvoudige organismen deze taak uitvoeren, wetenschappers zoals Robart kunnen hun bevindingen extrapoleren en beter begrijpen hoe complexere levensvormen - inclusief wij - het doen, te.

"Binnen je cellen, DNA is uw master-exemplaar. Het is getranscribeerd naar een werkende blauwdruk van RNA, en dan wordt RNA gebruikt als instructies om eiwitten te maken. Het enige probleem is, de instructies zijn enigszins vervormd. Exons zijn stukjes RNA die worden gelezen als instructies om eiwitten te maken. Echter, ze worden vaak onderbroken door niet-coderende introns, ' zei Robbert.

Hij vergelijkt het proces met een kat die over je toetsenbord loopt terwijl je iets typt. De woorden die je hebt getypt zijn exons; de onzin die je kat "typt" is introns.

Voordat uw cellen zelfs maar kunnen proberen te doen wat RNA hen opdraagt, ze moeten deze introns verwijderen en de exons samenbrengen om een ​​samenhangende reeks instructies te vormen. Een uitgebreide moleculaire machine genaamd het spliceosoom voert deze taak uit, waarbij - bij mensen - veel verschillende RNA's en honderden eiwitten betrokken zijn.

De primitieve katalytische introns van bacteriën werken op dezelfde manier als onze eigen splitsingsmachines, zij het op een minder ingewikkelde manier. Zij zijn de voorouders van de spliceosomen die in onze eigen cellen aan het werk zijn. "Je ziet hun vingerafdrukken overal in de essentiële machines die onze cellulaire functies aandrijven. We gebruiken deze moleculaire fossielen om ons inzicht te geven in de katalytische kern die deze machines aandrijft, ' zei Robbert.

Een onwaarschijnlijke proxy voor menselijke cellen:warmwaterbronbacteriën

Robart zal een soort exotische, warmteminnende bacteriën als model. De soort is voordelig omdat het zeer actieve en stabiele enzymen produceert die RNA splitsen en opnieuw configureren.

"We hebben ongeveer anderhalf jaar besteed aan het testen van tientallen verschillende voorbeelden om een ​​paar soorten te vinden die eiwitten hadden die konden worden gezuiverd door overexpressiesystemen op hoge niveaus, omdat we veel eiwitten nodig hebben om kristallisatie uit te voeren, " zei hij. "We hebben een van de meest actieve enzymen in deze klasse ontdekt, van een thermofiele bacterie die gedijt in warmwaterbronnen."

Na het kweken en isoleren van eiwitten en RNA in grote volumes, hij en zijn team zullen de biochemische processen analyseren die in cellen plaatsvinden terwijl introns worden gesplitst, losgemaakt en gedemonteerd. Ze zullen ook de Advanced Photon Source van Argonne National Laboratory op afstand besturen, die de gekristalliseerde moleculen zal onderwerpen aan ultraheldere, hoogenergetische röntgenstralen - om snapshots van de chemie van het proces in actie vast te leggen en meer te weten te komen over de moleculaire mechanismen erachter.

Niet alleen zullen Robart en zijn team inzicht krijgen in hoe het spliceosoom niet-coderend RNA wegsnijdt, maar ze zullen ook zien hoe het junk-DNA wordt vermeerderd door het ergens anders in het genoom in te voegen. Het is alsof, in plaats van de gobbledygook te verwijderen die uw kat in uw document heeft ingevoegd, je kopieert en plakt het in een hele andere paragraaf.

Dit proces, retrotranspositie genaamd, kan ten grondslag liggen aan verschillende aandoeningen die voortkomen uit genetische mutaties. "Het is een drijvende functie van de genoomevolutie en ook van ziekte, "Zei Robart. "Spontane mutaties ontstaan ​​uit deze processen die voortdurend in ons aan de gang zijn."

Hoewel zijn project geen enkele ziekte of behandeling behandelt, wat hij ontdekt, kan de basis leggen voor de ontwikkeling van op RNA gebaseerde therapieën die gericht zijn op het beheersen van de onderliggende veranderingen in genexpressie die bij veel ziekten worden aangetroffen.

"We proberen de grondbeginselen te begrijpen, ' zei Robart. 'Je kunt pas proberen iets te repareren als je begrijpt hoe het werkt.'