Was ist Translatomik?

Einführung

Wenn Forscher in die komplexe Wechselwirkung von Genen und Proteinen im Kontext von Krankheiten, Stress oder anderen biologischen Phänomenen eintauchen, wenden sie sich häufig an die Transkriptom um Veränderungen in der Genexpression zu untersuchen. Das Ziel ist es, entscheidende Gene zu identifizieren, die phänotypische Variationen beeinflussen könnten, oft ergänzt durch Proteomik, um potenzielle Mechanismen der Regulierung der Genexpression aufzudecken. Eine Frage stellt sich jedoch häufig: Warum stimmen die Veränderungen in der Expression bestimmter Gene, wie sie durch differenzielle Analysen identifiziert wurden, nicht immer mit den entsprechenden Proteinspiegeln überein? Sind diese Gene wirklich keine Mitwirkenden?

Vier grundlegende Phasen der Translation: Initiation, Elongation, Termination und Ribosomen-Recycling. (Zhang et al., 2020)

In diesem Artikel werden wir die Bedeutung des Verständnisses der translationalen Regulation, einem oft übersehenen Aspekt der Kontrolle der Genexpression, näher beleuchten. Wir werden untersuchen, wie die Kombination Transkriptomik, Proteomik, und Translatomik kann ein umfassenderes Verständnis der Genregulation bieten und dieses kritische, aber häufig unterschätzte Element der biologischen Forschung beleuchten.

Translationalregulation: Das fehlende Glied

Innerhalb des zentralen Dogmas der Molekularbiologie, das RNA-Synthese, RNA-Abbau, Proteinsynthese und Proteinabbau umfasst, sticht die translationale Regulation als der vorherrschende Faktor hervor. Tatsächlich hat sie einen größeren Einfluss auf die Genexpression als die Summe aller anderen Regulationsmechanismen. Dies unterstreicht ihre herausragende Bedeutung bei der Steuerung des komplexen Netzwerks molekularer Prozesse innerhalb von Organismen.

Die zuvor festgestellten Diskrepanzen, bei denen Veränderungen in der Genexpression nicht mit entsprechenden Proteinexpressionen korrelieren, resultieren häufig aus einer Vernachlässigung der translationalen Regulation. Um diese Unsicherheiten zu beheben und Innovationen in der Forschung zur Genregulation zu fördern, ist es unerlässlich, die Lücke zwischen den Transkriptom, Proteom und Translatom.Dieser ganzheitliche Ansatz ermöglicht eine umfassende Untersuchung der globalen Übersetzungsregulierung und stellt ein wegweisendes Konzept in der Forschung zur Genregulation dar.

Enthüllung des Translatoms mit Ribo-seq

Eine der am häufigsten verwendeten Techniken für die Translatom-Sequenzierung ist Ribo-seq (Ribosomen-Profiling-Sequenzierung)Dieses Verfahren beinhaltet die Verwendung von RNA-Enzymen zur Verdauung zellulärer RNA, was ribosomen-geschützte RNA-Fragmente ergibt, die als Ribosomen-Fußabdrücke (RFs) bekannt sind und aktiv an der Translation beteiligt sind. Diese RFs, die ungefähr 30 Nukleotide lang sind, werden anschließend isoliert, tief sequenziert und sorgfältig analysiert.

Bitte lesen Sie den Artikel. Ribosomen-Profiling: Definition, Anwendungen, Prinzipien und Arbeitsablauf für weitere Informationen.

Unser Ribo-seq Der Service ermöglicht es Forschern, die genomweite Übersetzungseffizienz zu untersuchen und neuartige Proteine sowie kurze Peptide zu entdecken. Durch die Integration von Translatom-Daten mit Transkriptom und Proteomdaten kann man die Übersetzungseffizienz von RNA berechnen, die Auswirkungen der transienten Translation auf die Proteinakkumulation bewerten und Einblicke in posttranskriptionale und translationalen Regulationsmechanismen gewinnen. Transkriptom-Sequenzierung funktioniert als die entscheidende Brücke, die RNAs und Proteine verbindet, und ermöglicht eine eingehende Analyse der Genübersetzung auf verschiedenen Ebenen, in verschiedenen Regionen und mit unterschiedlichen Raten.

Workflow für Ribosomen-Profiling (Brar und Weissman 2015).

Jenseits des Translatoms: Ein facettenreicher Ansatz

Die Transkriptom-Sequenzierung gewann zunächst durch Studien an Hefe an Bedeutung und erweiterte sich anschließend auf zahlreiche Arten. Besonders die Forschung an Tieren, mit einem Fokus auf Menschen und Mäusen, hat dieses Feld dominiert, während Untersuchungen an Pflanzen relativ rar sind. Diese Ungleichheit in der Aufmerksamkeit hebt das ungenutzte Potenzial und die Möglichkeiten hervor, die translationalen Regulationen in einem breiteren Spektrum von Organismen zu erforschen.

Fazit

Das Verständnis des gesamten Spektrums der Genregulation erfordert eine umfassende Erkundung über das Transkriptom und Proteom hinaus. Die Translatomik, insbesondere durch Ribo-seq, bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Entschlüsselung der Geheimnisse der Übersetzungsregulation. Durch die Zusammenführung von Daten aus dem TranskriptomDurch die Analyse von Genom, Proteom und Translatom können Forscher die komplexen posttranskriptionalen und translationalen Regulationsmechanismen aufdecken, die die dynamische Welt der Genexpression steuern. Mit der Erweiterung des Studiums der Translatomik bietet sich großes Potenzial, unser Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen Genen und Proteinen in verschiedenen Organismen voranzubringen, was letztendlich zu bahnbrechenden Entdeckungen in den Lebenswissenschaften beitragen kann.

Referenzen:

1. Zhang, Shuxia, et al. "Einblicke in die Translatomik im Nervensystem." Grenzen der Genetik 11 (2020): 599548.
2. Brar G A, Weissman J S. Ribosomen-Profiling enthüllt das Was, Wann, Wo und Wie der Proteinsynthese. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2015, 16(11): 651-664.