Как клетки «читают» искусственные ингредиенты в генетическом рецепте

Геном — это рецепт жизни, а пары оснований — его отдельные ингредиенты. Эти химические структуры образуют ДНК, и у каждого живого организма на Земле их всего четыре: A, T, C, G.

В 2014 году учёные из Scripps Research показали, что можно ввести в генетический код живых бактерий в лаборатории две новые, искусственные пары оснований (условно X и Y). Это открыло потенциал для создания клетками новых лекарств и вакцин. Однако оставался вопрос: могут ли клетки более сложных организмов, чем бактерии, «прочитать» эти буквы?

В исследовании, опубликованном 17 июня 2021 года в Nature Chemical Biology, команда из Фармацевтической школы Скаггса Калифорнийского университета в Сан-Диего показала, что дрожжевые клетки (эукариоты, как животные, растения и грибы) бесшовно «считывают» искусственные пары X и Y, как и натуральные A, C, T, G, и транскрибируют их в РНК. (Эти синтетические клетки не могут выжить без специальной питательной среды в лаборатории.)

«Теперь мы можем видеть, как именно аппарат эукариотической клетки взаимодействует с искусственными парами оснований. Есть возможности для улучшения селективности и эффективности», — сказал старший автор Дон Ван.

Лаборатория Вана давно изучает РНК-полимеразу II (RNA Pol II) — ключевой фермент эукариот, который считывает ДНК и создает матричную РНК (mRNA).

В новом исследовании команда впервые показала на структурном уровне, как эукариотическая RNA Pol II захватывает и включает искусственные пары оснований при транскрипции ДНК. Они обнаружили, что RNA Pol II избирательна: она может связывать X или Y на одной цепи двухцепочечной ДНК, но не на другой.

«Теперь у нас есть уникальное представление о том, что хорошо, а что плохо распознаётся RNA Pol II. Эти знания важны для разработки новых искусственных пар оснований, которые сможет использовать хозяйская РНК-полимераза», — отметил Ван.