Лазеры и специальный микроскоп позволили наблюдать процесс сплайсинга генов в реальном времени

Исследователи из лаборатории Джеффа Геллеса в Университете Брандейса разработали метод использования лазеров для изучения сплайсинга пре-мРНК — ключевого процесса создания белков в сложных организмах, включая человека. Этот процесс осуществляется клеточной микро-машиной — сплайсосомой.

"Понимание того, как эти микро-машины функционируют внутри клетки, важно по многим причинам", — говорит Аарон А. Хоскинс, первый автор статьи "Ordered and Dynamic Assembly of Single Spliceosomes", опубликованной 11 марта 2011 года в журнале Science.

Статья описывает пятилетнее сотрудничество трёх лабораторий:

• Лаборатория Джеффа Геллеса разработала многолазерную систему визуализации.
• Ларри Фридман сыграл ключевую роль в создании сложного микроскопа.
• Лаборатория Мелиссы Дж. Мур и лаборатория Вирджинии Корниш синтезировали специальные флуоресцентные красители для мечения белков сплайсосомы.

Как работает процесс и метод наблюдения

"Геномная ДНК похожа на zip-архив, где много информации занимает очень мало места", — объясняет Хоскинс. "Сплайсинг позволяет распаковать генетическую информацию, чтобы клетка могла её прочесть перед созданием конкретного белка".

В генах есть кодирующие белок участки — экзоны — и некодирующие — интроны. Интроны прерывают экзоны и должны быть удалены, а оставшиеся части соединены (сплайсированы) для создания правильных белков.

Чтобы наблюдать за сборкой и работой сплайсосомы, отдельные компоненты (на примере дрожжей) метят флуоресцентными красителями и помещают под микроскоп. Лазеры заставляют меченые молекулы светиться, что позволяет в беспрецедентных деталях наблюдать различные стадии процесса.

"Если у нас есть один компонент сплайсосомы с зелёной меткой, а другой — с красной, и мы видим, как зелёная и красная точки сходятся на РНК, мы знаем, что изучаем часть процесса сборки", — говорит Геллес. "Наблюдая за отдельными молекулами, мы можем отслеживать этапы сборки и определять, происходит ли она в одном порядке каждый раз".

Технология и перспективы

Специализированный микроскоп, спроектированный и собранный Фридманом с коллегами, состоит из сотни компонентов, размещённых на платформе, напоминающей бильярдный стол.

Новый метод открывает возможности для изучения широкого круга биологических процессов. Лаборатория Геллеса также исследует с его помощью транскрипцию (создание РНК-копии) и процессы изменения формы и движения клеток.

"Эта технология очень интересна тем, что она применима для изучения широкого спектра биологических проблем", — отмечает Геллес. "Она действительно позволяет нам узнать то, что было очень трудно изучить с помощью ранее существовавших подходов".