Настраиваемые риборегуляторные переключатели для посттрансляционного контроля экспрессии генов

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый метод контроля экспрессии генов. Ключевым элементом является настраиваемый переключатель на основе небольшой некодирующей молекулы РНК, который может быть полезен для медицинских целей и производства биотоплива.

"У живых клеток есть множество механизмов контроля и регуляции процессов, многие из которых связаны с регуляцией экспрессии генов", — пояснил ведущий учёный Клиффорд Анкифер. Ранние работы в области синтетической биологии были сосредоточены на регулировании трансляции генов. Теперь учёные предлагают делать это с помощью риборегулятора.

"Клетки полагаются на сложную сеть генетических переключателей", — отметила соавтор Карисса Санбонмацу. Ранние попытки в синтетической биологии предполагали, что эти переключатели похожи на включение или выключение лампочки. "Мы создали переключатели, которые больше напоминают непрерывные диммеры, тщательно регулируя экспрессию генов с тонким контролем".

"Поскольку эти риборегуляторы можно использовать для настройки экспрессии генов и целенаправленно регулировать все гены, кодирующие метаболический путь, они дают синтетическому биологу инструменты, необходимые для оптимизации потока в инженерном метаболическом пути", — добавил член исследовательской группы Скотт Хеннелли.

Работа команды описывает риборегуляторы, состоящие из cis-репрессорной РНК (crRNA) и trans-активаторной РНК (taRNA). crRNA естественным образом сворачивается в структуру, которая изолирует последовательность связывания рибосомы, предотвращая трансляцию нижележащего гена и блокируя его экспрессию.

taRNA транскрибируется независимо, и связывание, а также последующий структурный переход между этими двумя регуляторными элементами РНК определяют, будет ли транскрибированная мРНК транслирована в белковый продукт. В этом проекте команда продемонстрировала cis-репрессор, который полностью отключает трансляцию репортёрных генов устойчивости к антибиотикам, и trans-активатор, который её восстанавливает.

"Они показали, что уровень трансляции можно настраивать на основе тонких изменений в регуляторной области первичной последовательности taRNA; таким образом, можно достичь трансляционного контроля экспрессии генов в широком динамическом диапазоне", — сказал Хеннелли.

Наконец, они создали модульную систему, которая включает целевую последовательность, способную независимо нацеливаться на определённые гены, что даёт этим риборегуляторам возможность независимо регулировать несколько генов.

Статья команды Лос-Аламосской лаборатории, в которую входят Малати Кришнамурти, Скотт Хеннелли, Тарака Дейл, Шон Старкенбург, Рикардо Марти-Арбона, Дэвид Фокс, Скотт Твари, Карисса Санбонмацу и Клиффорд Анкифер, опубликована в онлайн-выпуске журнала ACS Synthetic Biology.