Впервые зафиксированы ключевые ранние этапы экспрессии генов в реальном времени

Исследователи из Университета штата Колорадо впервые в реальном времени визуализировали раннюю динамику транскрипции РНК на уровне единичных генов. Они зафиксировали, где, когда и как ферменты РНК-полимеразы инициируют транскрипцию, связываясь с последовательностью ДНК.

Технология прорыва

Метод, описанный в Nature Communications, сочетает:

• Высокое разрешение флуоресцентной микроскопии
• Инженерные флуоресцентные фрагменты антител
• Пользовательский микроскоп сверхвысокого разрешения

Учёные наблюдали начало цикла транскрипции, когда фермент РНК-полимераза II (RNAP2) фосфорилируется на своём аминокислотном хвосте. Используя меченые технологии, они различили три отдельных этапа цикла транскрипции, отмеченных разными цветами (синий, зелёный, красный).

Вычислительное моделирование

Данные микроскопии перевели в вычислительную модель на основе стохастических дифференциальных уравнений. Модель позволила получить новую количественную информацию:

• В каждой вспышке транскрипционной активности вокруг промоторной области гена формируется кластер из 5–40 молекул РНК-полимеразы.
• 46% этих полимераз в итоге успешно транскрибируют РНК.
• На полную транскрипцию и обработку каждой молекулы РНК уходит примерно 5 минут перед её высвобождением.

Значение работы

"Это первый случай, когда кто-то изучил динамику фосфорилирования РНК-полимеразы на гене с одной копией", — отметила ведущий автор, постдок Линда Фореро-Кинтеро.

Технология имеет широкий потенциал, особенно в сочетании с CRISPR, позволяя наблюдать за процессами, связанными с заболеваниями, на уровне активности единичных генов.