對不同組織從基因中讀取信息的方式進行的一項新調查發現，大腦和睾丸似乎對使用許多不同種類的代碼來生產特定的蛋白質特別開放。事實上，果蠅和人類的睾丸似乎都富含這些很少使用的遺傳密碼片段的蛋白質產品。
據研究人員介紹稱，利用罕見的代碼片斷可能是基因組中的另一層控制，其可能對生育和進化創新至關重要。
在解決了DNA是由鹼基A、C、T和G組成的雙螺旋結構的十年後，Francis Crick繼續破解了其中三個字母轉化為“密碼子”的中間步驟，即單一氨基酸的配方。氨基酸是蛋白質的組成部分。
當時令人震驚的是，至今仍有些不解的是，生命密碼的這一層使用了61個不同的三個字母密碼子來產生僅僅20種氨基酸，這意味着許多密碼子被用來描述同一件事。
“我們在生物課上被告知，當你從一個版本的密碼子改變到另一個版本的密碼子而它沒有改變氨基酸，這被稱為沉默突變，”杜克大學醫學院藥理學和癌症生物學副教授Don Fox說道，“這意味着它並不重要。”
“然而，當研究人員對所有這些不同的生物體進行測序時，他們發現了一個層次結構。有些密碼子非常頻繁，有些則非常罕見，”Fox說道。而且這種密碼子的分佈可以從生物體的一種組織到另一種組織而有所不同。
Fox想知道，這些稀有性是否在肝細胞如何做肝臟的事情和骨細胞如何做骨骼的事情中發揮了作用。
Fox和他的團隊在博士生Scott Allen的帶領下想利用他們的首選模型黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)即實驗室果蠅，來放大這些罕見的密碼子。越來越多的工作表明，不同的組織有不同的“密碼子偏向”–即不同組織中出現的同義密碼子的頻率不同。Fox指出，罕見的密碼子已知會減慢甚至停止蛋白質的生產，“擁有大量這些罕見密碼子的基因生產的蛋白質會少很多”。
Fox跟杜克大學藥理學喬治-巴特-蓋勒特聘教授的同事Christopher Counter合作了解一個名為KRAS的基因。據了解，該基因在胰腺癌中的作用尤其不好，它帶有大量的罕見密碼子。他們想知道，為什麼一個癌症突變會減慢蛋白質的生產，而通常一個癌症突變會製造更多的東西。
“事實證明，按照KRAS的設計方式，它應該是很難製造任何東西的，”Fox說道。
據了解，Fox的團隊開發出了一種分析組織特異性密碼子使用的新方法，以此來研究罕見的密碼子在哪裡及如何在果蠅中使用。他們進行了一系列實驗以改變KRAS基因中包括哪些密碼子，另外還發現稀有密碼子對KRAS如何控制細胞間的信號傳遞有巨大的影響。
“我從這次癌症合作中意識到，我們可以採取類似的方法並將其應用於我的主要研究問題，即組織如何知道自己是什麼，”Fox表示。
在進一步的實驗中，Fox他們發現蒼蠅的睾丸–及人類的睾丸–對密碼子的高度多樣性更有耐受性，但蒼蠅的卵巢則不然。蒼蠅的大腦也更能容忍多樣化的密碼子。
一個擁有大量稀有密碼子的特殊基因RpL10Aa在進化上比較新，這有助於構建核糖體，即細胞中的蛋白質組裝機器。Fox表示，這個基因的稀有密碼子似乎是為了將其活性限制在更能容忍的睾丸上，而這又可能是跟生育能力相關的東西。
Fox指出：“睾丸似乎允許幾乎任何基因的表達，也許這使它成為新基因的溫床，如果你願意的話。睾丸似乎是一個年輕基因首先會表達的地方。因此，我們認為它是一種更為寬容的組織，它讓新的基因得以立足。我們認為我們所看到的是，稀有密碼子是一種限制這種進化中的年輕基因在睾丸中活動的方法。這將使稀有密碼子成為基因中的另一層控制和微調。”