BioNyt - Videnskabens Verden
Emne: DNA/oversættelse.
Dårlig oversættelse af DNADårlig reparation af DNA vækker interesse
Kan en sultende, ""sovende"" og ikke-delende bakterie mutere, dvs. ændre sig genetisk, så den overvinder sultsituationen? Kan en organisme, der er født med et defekt, sygdomsfremkaldende gen begynde at danne korrekt protein ud fra fejlgenet?
Mutationer er så hyppige, at alle celler har enzymer, som kan udbedre skader på deres DNA. Men DNA-reparationsapparatet kan svækkes, så det er utilstrækkeligt. Fejl-DNA kan medføre, at genet ikke kan danne protein, eller at det aflæses forkert.
Det er ikke overraskende, at mistolkning af en genkode kan medføre, at fejlproteiner ophobes i cellen. Men det er mere overraskende, hvis mistolkning af et defekt gen medfører et funktionsdygtigt protein! Noget tyder på, at begge dele kan ske.
Ved et laboratorieforsøg blev f.eks. en stopkode ændret til en aminosyrekode. Man tænker sig, at en sådan mekanisme måske kunne forklare fremkomst at mutationer i bakterier som sulter, og som ved hjælp af mutationer igen kunne vokse videre!
Det er ikke sjældent, at cytosin ved fjernelse af en amingruppe ændres til uracil, enten spontant eller hvis bakterien udsættes for visse kemiske stoffer. F.eks. kan C (en af de 4 enheder, som DNA-koden opbygges af) let ændres til U (som ikke bør findes i DNA). Normalt vil det fejlagtige U blive fjernet og udskiftet af reparationsenzymer. Hvis U-mutationen ikke rettes, sker der alligevel aflæsning af DNA-koden, i hvert fald i kolibakterier.
U aflæses som T (altså som en anden af DNA-kodens 4 enheder). Det kan medføre forkert protein, og undertiden sygdom. Denne fejlaflæsning kendes foreløbig kun hos kolibakterien, men hvis fænomenet er generelt for alle organismer, kan det have stor betydning. Det vil man nu forske videre i, fordi der er store perspektiver.
Et elegant designet forsøg udført på Emory University School of Medicine i Atlanta, USA, har vist, at kolibakterier kan lave uracil-i-DNA betingede fejloversættelser under proteinsyntesen.
Man benyttede en mutation i et gen, som gør bakterien ude af stand til at udskifte uracil i DNA. Forskergruppen forsynede derefter bakterien med et gen fra ildfluens gen for lysfremkaldende luciferase-enzym. Genet blev indsat i en form, hvor uracil var sat i stedet for thymin. Alligevel lavede bakterien korrekt luciferaseprotein. Man sikrede sig, at uracilfejlen ikke var blevet repareret ved at reparationsgenet var defekt. Desuden havde man designet forsøget sådan, at hvis uracil alligevel blev udskiftet, ville der opstå en stopkode, som ville blokere for proteinets dannelse.
Genet med uracil (U) blev i bakterien aflæst som om det var thymin (T), der er den korrekte base i luciferasegenet, og derfor dannedes enzymproteinet i fuld længde og i aktiv form. Bakterierne lyste op og kunne derved ses.
Normalt ville bakterien udskifte uracil, men det skete ikke, fordi det enzym, som foretager denne reparation, som sagt var gjort inaktivt. Det svarer til, at bakterier bliver dårlige til at reparere fejl i DNA'et, når de sulter.
Man kender eksempler på, at der opstår uventede proteinændringer på grund af fejl under DNA-oversættelsen. Et eksempel er laboratorierotten Brattleboro. Dens gen for vasopressin mangler en baseenhed, og rotten har sukkersyge. Men efterhånden som rotten ældes, danner den alligevel mere og mere vasopressin. Den oprindelige mangel på et enkelt basepar i vasopressin-genet overvindes mere og mere: Enten ved at yderligere 2 basepar slettes (så der dannes et protein med 1 aminosyre mindre), eller ved at et ekstra basepar indsættes, så antallet af basepar bliver normalt. Det er interessant, at disse ændringer har tendens til at ske i specielle områder af RNA'et (hotspots).
Mutationer af vasopressin kendes også fra nerveceller i menneskets hypothalamus. Man troede tidligere, at det skyldtes mutationer i nervecellernes gen for vasopressin. Men det er mere sandsynligt, at det ændrede vasopressin-protein skyldes forkert oversættelse af DNA-koden.
Som nævnt kan virkningen af den ene basepar-deletion hos Brattleboro-rotten i praksis ophæves ved naturlig fjernelse af yderligere 2 basepar, så et helt codon på 3 basepar (dvs. koden for en hel aminosyre) er væk. Forskergruppen forsøgte at finde andre eksempler på, at to nabobasepar forsvinder ved oversættelse af DNA til RNA. De opdagede sådanne deletioner hos Alzheimerpatienter - dels i et afvigende APP-protein (dvs. forstadiet til det amyloidprotein som ophobes i Alzheimerhjerner), og dels i et afvigende ubiquitin-B protein (ligeledes hos Alzheimerpatienter). Disse afvigelser fandtes kun i de nerveceller, som udviser sygdomstegn: plaque eller sammenfiltrede tråde (såkaldte ""tangles""). Derimod fandtes disse afvigelser ikke i hjerneceller fra ikke-demente mennesker. Disse deletioner forekom ikke i selve DNA'et hos nervecellerne. Baserne må altså være forsvundet under oversættelsen til RNA. Hvordan kan det ske? Man ved intet herom. Men sådanne ""transkript-mutationer"" ses kun i celler, som har meget at lave, altså som har stor metabolisk aktivitet. Halvsløve celler får ikke så mange mutationer. Derimod er det mindre afgørende, om de deler sig. Celler, der ikke deler sig - bl.a. nerveceller - kan altså godt blive udsat for mutationer af denne ""transskript-bypass"" type).
Boxtekst:
Fra gen
til protein
En celle lever ved at producere proteiner. Proteiner dannes ud fra koden i cellens gener. Gener er bygget af molekylet DNA. Koden i DNA udgøres af de 4 basemolekyler adenin (A), cytosin (C), thymin (T) og guanin (G). Ændringer i baserækkefølgen betegnes ""mutationer"". Oversættelsen af DNA-strengens kode sker via arbejdskopien RNA til slutproduktet protein. Der kan ske fejl ved DNA-til-RNA oversættelsen. Det kan medføre mutationer på proteinniveau.
Basegruppen uracil (U) er strukturmæssigt meget lig thymin (T). Cellerne har værktøj til at fjerne uracil i DNA, (hvorimod uracil er naturlig i RNA). Hvis U ikke udskiftes, men findes i DNA, når dette aflæses, kan det (i hvert fald hos kolibakterier) aflæses som om koden på dette sted var thymin (T). Det medfører et ændret proteinprodukt.
Science bd.284 s.62-63 og s.159-162. "Phenotypic Change Caused by Transcriptional Bypass of Uracil in Nondividing Cells" af A. Viswanathan m.fl. Yderl. opl.: Paul W. Doetsch, tlf. 001-404-727-0409, fax 001-404-727-2738, medpwd@emory.edu (e-mail)."" ".
