Obwohl wir Pflanzen als stationär betrachten, bedeutet das nicht, dass sie passiv sind. Eine Pflanze muss auf ihre Umgebung reagieren können. Oft werden Signale in Form von Metaboliten gesendet, kleinen Molekülen, die zwischen Zellen weitergegeben werden können. Aber wie reagieren Zellen auf Stoffwechselprodukte, um das Verhalten einer Pflanze zu verändern? Das zeigt ein neues Paper in Plant Physiology Zellen können Ribosomen als Sensoren für viele Stoffwechselprodukte verwenden.

Wenn DNA der Bauplan eines Organismus ist, dann sind Ribosomen die Erbauer in Zellen, die die Pläne in Proteine ​​umwandeln. Die DNA erzeugt Boten-RNA, normalerweise geschriebene mRNA. Das Ribosom läuft entlang der mRNA, liest sie ab und erstellt Proteine ​​aus Aminosäuren, während es sich seinen Weg entlang arbeitet. Es kommt also nicht nur auf die DNA in einem Zellkern an. Pflanzen brauchen das Ribosom auch, um die Gene aus der DNA in Proteine ​​zu exprimieren.

Es ist jedoch nicht einfach so, dass mRNA die Basis eines Proteins wird. 20–50 % der mRNA enthalten eine Sequenz namens an stromaufwärts offener Leserahmen, abgekürzt uORF. Diese uORFs verhindern normalerweise, dass eine mRNA-Sequenz translatiert wird. In Pflanzen haben Biologen eine Gruppe von uORFs gefunden, die Pflanzen gemeinsam haben. Sie wurden von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt und von ihren Nachkommen konserviert, was darauf hindeutet, dass sie eine wichtige Aufgabe erfüllen, die die Pflanzen benötigen. Da diese uORFs auf Peptiden basieren, Bausteinen, die das Ribosom zum Aufbau von Proteinen verwendet, werden diese uORFs genannt Konservierte Peptid-uORFs, oder CPUORFs.

van der Horst und Kollegen haben sich diese CPuORFs angesehen, um zu sehen, wie sie mit dem Ribosom interagieren, und festgestellt, dass sie dies nicht alleine tun. Hier kommen die Metaboliten ins Spiel. In Gegenwart einiger Metaboliten, wie Saccharose, Polyamin oder Ascorbat, hemmt der CPuORF das Ribosom. Da das Ribosom stoppt, gelangt es nie zum Haupt-ORF (mORF), um mit der Übersetzung der mRNA in ein Protein zu beginnen.

Dies bedeutet, dass das Ribosom effektiv die Art und Weise ist, wie eine Zelle ihre äußere Umgebung wahrnimmt und darauf reagiert. Wenn Metaboliten in einer Zelle produziert werden oder in eine Zelle gelangen, sind sie in der Lage, an das Ribosom zu binden und in Kombination mit den CPuORFs die Gentranslation zu regulieren. Dies verändert die Proteine, die die Pflanze produziert, um auf ihre Umgebung zu reagieren. Diese Wirkung zeigt einen Mechanismus für Metaboliten, um die Genexpression direkt zu regulieren, und die hochgradig konservierte Natur von CPuORFs legt nahe, dass dies ein grundlegendes Werkzeug für Pflanzen ist.

Viele verschiedene CPuORFs sind in Pflanzen vorhanden und möglicherweise reagiert jeder auf einen bestimmten Metaboliten, was das Ribosom zu einem Metaboliten-Multisensor macht.