Tutkijat ovat löytäneet vastauksen tiedemaailmaa pitkään askarruttaneeseen kysymykseen, kuinka solut mittaavat lähetti-RNA:n (mRNA) nanometrien kokoisten häntien pituuden.

Sen sijaan, että ne mittaisivat häntien kokoa, ne ajoittavat niiden kasvun sekuntikellon tarkkuudella, paljastaa tuore tutkimus.

Tutkijoiden ”kineettiseksi viivaimeksi” nimeämä mekanismi tarjoaa soluille täsmällisen tavan ohjata elintärkeitä biokemiallisia prosesseja, kuten geenien ilmentymistä.

Solut muuntavat DNA:n geneettisen koodin ketjumaisiksi mRNA-molekyyleiksi, jotka toimivat viesteinä proteiinien tuottamiseksi.

mRNA:n päähän liittyy 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.

Kahden prosessin kilpajuoksu

Turun yliopiston tutkijat onnistuivat yhdessä Cambridgen molekyylibiologian laboratorion ja Aarhusin yliopiston kanssa rekonstruoimaan poly(A)-häntien muodostusprosessin laboratoriossa.

Näin he havaitsivat, että hännän pituuden määrittää kaksi tekijää: adenosiineja lisäävä CPAC-koneisto ja Nab2-proteiini, jonka kiinnittyminen häntään pysäyttää sen pidentymisen.

Yllätys tutkijoille oli, 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”, kertoo tutkimusta johtanut akatemiatutkija Matti Turtola Turun yliopistosta.

”Tarkkuus syntyy siitä, että Nab2 pysäyttää reaktion aina kahden, kolmen sekunnin kuluttua sen alkamisesta.”

Elegantti mekanismi

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 kuvailee.

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

Genes & Development -lehdessä julkaistu tutkimus osoittaa, että ajoitukseen perustuvat mekanismit voivat olla yhtä keskeisiä kuin rakenteelliset tunnistuskeinot.

Pitävät yllä solujen tasapainoa

Samankaltaisia ”kineettisiä viivaimia” voi esiintyä erilaisissa biologisissa prosesseissa. Niiden toiminnan ymmärtäminen voi auttaa selvittämään sairauksien taustalla olevia häiriöitä.

Ihmisellä Nab2:n vastine on ZC3H14, joka on tärkeä erityisesti aivojen kehityksessä.

Tämä viittaa tutkijoiden mukaan siihen, että vastaavat mekanismit ovat olennaisia myös ihmisen solujen tasapainon ylläpidossa.