Платформа расширения генетического кода на основе РНК позволяет точно модифицировать белки в клетках млекопитающих

Исследователи из Пекинского университета под руководством Чэнь Пэна и И Чэнци разработали новую стратегию расширения генетического кода. Она позволяет точно встраивать неканонические аминокислоты (ncAAs) в белки клеток млекопитающих, не нарушая работу естественных стоп-кодонов.

Новый подход использует посттранскрипционно модифицированные РНК-кодоны, отличные от всех 64 стандартных. Это создаёт универсальную платформу для расширения генетического кода в сложных эукариотических системах.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature 25 июня 2025 года под заголовком "RNA codon expansion via programmable pseudouridine editing and decoding".

Методология

Учёные создали платформу расширения РНК-кодонов (RCE). Она назначает модифицированные псевдоуридином (Ψ) кодоны (ΨCodons: ΨGA, ΨAA, ΨAG) в качестве новых "пустых" кодонов для встраивания ncAAs, независимо от эндогенных кодонов.

Система RCE состоит из трёх ключевых компонентов:

  1. Программируемая направляющая РНК для установки целевого ΨCodon.
  2. Специально сконструированная транспортная РНК-декодер для распознавания ΨCodon.
  3. Специфичная аминоацил-тРНК-синтетаза для декодирования.

Каждая тРНК-декодер продемонстрировала высокое предпочтение к своему ΨCodon, обеспечивая ортогональность системы внутри клеточного транслятома. Профилирование рибосом и протеомный анализ показали, что RCE(ΨGA) обеспечивает высокую специфичность встраивания ncAAs, сохраняя при этом функцию эндогенного стоп-кодона UGA (на который приходится ~52% стоп-кодонов в геноме человека).

Три пары ΨCodon–тРНК-декодер работают взаимно ортогонально, что позволяет встраивать несколько ncAAs с разными боковыми цепями в один белок. Платформа RCE также совместима с традиционными системами расширения генетического кода (GCE), позволяя осуществлять двойное встраивание ncAAs в одной клетке.

Ключевые выводы

  • Система RCE позволяет программируемое кодирование и декодирование модифицированных РНК-кодонов с высокой специфичностью и минимальным нарушением эндогенного процесса трансляции.
  • Ортогональность пар ΨCodon–тРНК-декoder облегчает точное встраивание множества химически разнообразных ncAAs.
  • Методология открывает новые возможности для точного исследования и модификации функций белков в фундаментальных исследованиях и потенциальных терапевтических приложениях.

Исследование устанавливает RCE как надёжную и универсальную платформу для программируемого расширения генетического кода в эукариотических системах.

2025-06-27