賓夕法尼亞大學領導的一項研究表明，儘管具有幾乎相同的氨基酸序列，但由於其不同的核苷酸序列，兩種形式的蛋白質肌動蛋白在功能上有所不同。蛋白質肌動蛋白是無處不在的，對生命至關重要。在哺乳動物中，每個細胞都表達它的兩種形式：β-肌動蛋白和γ-非肌動蛋白。儘管有不同的作用，但這兩種形式幾乎是相同的，共享其99%的氨基酸序列。
賓夕法尼亞大學獸醫學院的Anna Kashina及其同事的研究表明，與之前的認識相反，支配這些蛋白質在細胞中的不同功能的並不是氨基酸序列的微小差異。相反，它們的核苷酸序列–構成其DNA編碼序列的”字母”，在兩種形式之間大約有13%的差異，這是它們在生物體的生存和細胞遷移中各自發揮作用的原因。
而在一項新的研究中，研究人員對其原因作出了解釋。β-肌動蛋白mRNA翻譯成蛋白質的速度比γ-肌動蛋白快。這兩種形式都能幫助細胞移動，但β-肌動蛋白更快的速度似乎能使細胞更牢固地附着在基質上，減緩細胞的移動。
賓夕法尼亞大學生物化學教授、該研究的資深作者卡希納說：”在全球哲學層面上，這擴大了我們對遺傳密碼的理解，”該研究發表在《eLife》雜誌上。”我們過去認為，核苷酸的作用是編碼氨基酸，但現在我們看到，實際上，具有相同氨基酸序列的蛋白質具有不同的翻譯率，這使得它們的功能有了不同。”
Kashina用 “沉默的代碼 “一詞來指稱這些核苷酸差異的影響。在早期的工作中，她的團隊表明，在小鼠中，編輯氨基酸序列但保持沉默的核苷酸代碼可以使γ-肌動蛋白在體內表現得像β-肌動蛋白。通常情況下，缺乏β-肌動蛋白的小鼠會在出生前死亡，但研究人員表明，對β-肌動蛋白基因進行基因編輯，使其具有與伽馬-肌動蛋白相同的氨基酸序列，由於核苷酸的不同，小鼠得以存活。
同樣發表在eLife雜誌上的一篇早期論文的發現促使了這項新工作。在早先的研究中，研究人員發現β-肌動蛋白RNA的核糖體密度比γ-肌動蛋白的高得多。核糖體對於從RNA合成蛋白質至關重要，因此科學家們假設，蛋白質翻譯率的這種差異可能是造成γ-肌動蛋白和β-肌動蛋白之間不同功能的原因。
為了測試他們的想法，他們使用細胞系只表達小鼠細胞中的β-和γ-肌動蛋白的編碼部分，以及它們的編輯版本：被編輯為具有與γ-肌動蛋白相同的氨基酸序列的β-肌動蛋白，反之則為γ-肌動蛋白。
當在傷口癒合實驗中進行測試時，研究人員發現，核苷酸序列在決定肌動蛋白促進細胞運動的速度方面至關重要。只表達典型的β-肌動蛋白的細胞以典型的速度遷移，但表達γ-肌動蛋白的細胞的移動速度是其兩倍。含有編輯過的肌動蛋白版本的細胞證明了這種差異是依賴於核苷酸序列的。被編輯成具有伽馬氨基酸序列的β-肌動蛋白像表達伽馬肌動蛋白的細胞一樣移動，而那些具有伽馬肌動蛋白的細胞被編輯成具有β-肌動蛋白的氨基酸序列，以表達β-肌動蛋白的細胞的速度移動。
這些結果令研究人員感到驚訝，因為他們預計β-肌動蛋白mRNA中更高的核糖體密度可以支持更快的翻譯，從而支持更快的移動。而且，事實上，當他們在單分子水平上測量翻譯速度時，他們發現β-肌動蛋白的翻譯速度大約是γ-肌動蛋白的兩倍。
“我們預計更快的翻譯將意味着更快的運動，”Kashina說，”而這不是我們所發現的。我們花了很長時間來解釋原因”。
他們最終發現的是，儘管β-肌動蛋白的亞單位可以比γ-肌動蛋白的亞單位供應得更快，但這種速度對細胞遷移速度是不利的。
“我們發現，你供應得越快，細胞就越能附着在基質上，”Kashina說。”它創造了適當的牽引力，這對正常遷移至關重要。而如果你供應的速度不夠快，細胞就不能正常附着並開始滑動。因此，這解釋了我們看似反直覺的結果。”
Kashina及其同事計劃繼續探究核苷酸序列的作用，包括為什麼進化的力量導致了如此類似形式的肌動蛋白的產生，以及 “沉默的代碼”是否在其他蛋白質中發揮作用。
“我們認為這是一個更大的敘事的一部分，我們相信肌動蛋白是肌動蛋白不是唯一有這種行為的蛋白質。在人類基因組中，有許多蛋白質家族包含由不同基因編碼的高度相似的蛋白質。這種沉默的代碼也可能在這些家族中發揮作用。”