В белках человека найдены тысячи вариантов, часть из которых появляется без указаний в генетическом коде. Исследование 29 здоровых тканей выявило 13 910 локализованных вариантов, соответствующих 7215 уникальным заменам аминокислот. Некоторые изменения происходят без обнаруживаемой причины в ДНК, повторяются у разных людей и затрагивают функционально значимые области белков.
Найденные варианты включают замены, связанные с генетическими различиями и соматическими мутациями, а также замены негенетического происхождения. Главное открытие: последовательность генома не всегда раскрывает полный набор белковых форм, реально присутствующих в организме.
В стандартном процессе клетка копирует информацию из ДНК в РНК, затем рибосома читает последовательность и собирает белок из аминокислот. Изменения могут произойти на любом этапе. Мутация изменяет саму ДНК, ошибка при копировании возникает в РНК, а сбой при сборке белка заменяет аминокислоту непосредственно в готовой молекуле, не изменяя геном.
Для разделения этих сценариев исследователи совместили масс-спектрометрию белков с анализом РНК. Масс-спектрометрия выявляла пептиды с измененными аминокислотами, затем результаты сравнивали с последовательностями РНК. Если соответствующая замена присутствовала и в РНК, её связывали с изменением генетического кода. Если замена в белке сохранялась при хорошем покрытии РНК-данных, но нужной замены нуклеотидов не обнаруживали, это указывало на негенетическое происхождение.
Часть таких замен проверили экспериментально на очищенных белках. Дополнительный тест провели на клеточных линиях при недостатке аминокислот. При нехватке аминокислот появлялись повторяющиеся сочетания замен, что соответствует ошибкам клеточного аппарата синтеза белков и исключает простой шум измерений.
Особое внимание привлекли сотни негенетических белковых форм, обнаруженные у нескольких здоровых людей или в функционально важных участках белков. Повторяемость показывает, что это не случайная ошибка синтеза. Одинаковые замены в разных образцах предполагают, что клетка может регулярно производить небольшой набор альтернативных белковых форм наряду с основной версией.
Исследователи предполагают, что этот механизм расширяет так называемое пространство белковых последовательностей. Генетический код ограничивает набор изменений, достижимых одной мутацией ДНК, поскольку переход от одной аминокислоты к другой иногда требует замены нескольких нуклеотидов. Ошибки синтеза белка обходят это ограничение и временно создают варианты, которые геному сложнее получить обычным путём.
Пока не все найденные замены подтверждены как полезные или функциональные. Авторы показывают повторяемость некоторых вариантов и их положение в важных участках молекул, но биологический эффект большинства замен требует отдельной проверки. Работа также не свидетельствует о новых наследуемых мутациях: негенетический вариант белка не меняет ДНК и исчезает после разрушения молекулы.
Результаты переосмысляют связь между геномом и белками. Один набор генетических инструкций создаёт более разнообразный набор молекул, чем показывает последовательность ДНК, причём часть разнообразия возникает во время передачи генетической информации. При подтверждении функциональной роли повторяющихся замен в дальнейших исследованиях понимание болезней и индивидуальных особенностей потребует учёта не только генетических вариантов, но и изменений, возникающих между геном и готовым белком.
