Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 25 сентября 2020 г.

Новый оптический переключатель позволяет точно контролировать срок жизни генетических «копий». Они используются клеткой как строительные инструкции для производства белков. Метод был разработан исследователями из университетов Бонна и Байройта. Это может значительно продвинуть исследование динамических процессов в живых клетках. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .

Образно говоря, каждая человеческая клетка содержит в своем ядре огромную библиотеку из десятков тысяч книг, генов. Каждая из этих книг, в свою очередь, содержит инструкции по построению белка. Когда клетке нужен определенный белок, производится транскрипция соответствующих инструкций. Эти транскрипции называются мРНК (РНК – это слегка модифицированная форма ДНК).

Клеточный механизм гарантирует, что транскрипция мРНК снова "измельчается" через короткое время. Это гарантирует, что белок будет вырабатываться только до тех пор, пока он действительно необходим. Несколько десятилетий назад исследователям пришла в голову идея использовать этот измельчитель в своих целях: специально прикрепляя маркер к определенным мРНК, они гарантируют, что транскрипции вообще не будут использоваться в качестве инструкций по сборке, а будут немедленно уничтожены: процесс также известный как подавление РНК. Тогда в клетке не хватает соответствующего белка. Это позволяет выяснить, за какую функцию он будет фактически отвечать.

Бактериальная молекула как светозависимый переключатель

Подход, опубликованный группами из Бонна и Байройта, основан на этом методе. Тем не менее, это далеко не так грубо, но позволяет гораздо более дифференцированно контролировать продолжительность жизни копий мРНК.

Мы используем бактериальную молекулу, чтобы контролировать расщепление транскрипции мРНК с помощью света ».

Проф. Д-р Гюнтер Майер, руководитель исследовательской группы по химической биологии и медицинской химии, Институт LIMES Боннского университета

Бактериальная молекула с аббревиатурой PAL действует как своего рода переключатель. Он меняет свою форму под воздействием синего света. При этом обнажается карман, который может связываться с определенными молекулами. «Мы провели поиск в огромной библиотеке искусственно созданных коротких молекул РНК, называемых аптамерами», – говорит Майер. «В конце концов мы наткнулись на аптамер, который хорошо подходит для кармана в молекуле PAL»

Теперь исследователи связали этот аптамер с одним из молекулярных маркеров, которые могут прикрепляться к мРНК и тем самым высвобождать их для разложения. «Когда мы облучаем клетку синим светом, PAL связывается с маркером через аптамер и, таким образом, выводит его из строя», – объясняет коллега Майера Себастьян Пилсл. «Тогда мРНК не разрушается, а транслируется в соответствующий белок». Как только исследователи выключают синий свет, PAL снова выпускает этикетку. Теперь он может прикрепляться к мРНК, которая затем измельчается.

В будущем это позволит исследователям точно исследовать, где и когда белок необходим в клетке, просто погружая участок клетки в синий свет в определенное время и затем глядя на последствия. В текущем исследовании они применили это к белкам, которые играют важную роль в регуляции клеточного цикла и деления клеток. Комбинация аптамера и маркера деградации вводится в клетку с помощью генной инженерии. Это означает, что он сам генерирует светозависимый сигнал деградации; он не должен поставляться извне.

Транскрипция генов может быть специально отключена

Аптамер можно комбинировать с любыми маркерами, каждый из которых, в свою очередь, служит сигналом шредера для конкретной мРНК. «Таким образом, этот метод можно использовать для контролируемого отключения практически каждой молекулы мРНК в клетке», – подчеркивает профессор доктор Андреас Мёглих из Университета Байройта. В недавно опубликованном пилотном исследовании все сработало просто и надежно. Поэтому исследователи видят большой потенциал в своем методе исследования динамических процессов в живых клетках и организмах.