Визуализация транскрипции в реальном времени с помощью зондов, специфичных к активной РНК-полимеразе II

Генетически закодированный зонд для визуализации в живых клетках, разработанный исследователями из Токийского технологического института, смог идентифицировать фосфорилированный Ser2 в ферменте РНК-полимераза II (RNAP2), выявляя сайты фазы элонгации активной транскрипции в живых клетках. Этот зонд можно использовать для специфической визуализации элонгации транскрипции в реальном времени у живых животных, что значительно продвинет исследования регуляции генов.

В ядрах всех эукариотических клеток фермент RNAP2 отвечает за транскрипцию почти всех генов. Для анализа поведения RNAP2 в живых клетках ранее использовали молекулы RNAP2, меченные флуоресцентным белком. Однако, поскольку в клетке обычно содержится более 100 000 молекул RNAP2 и тысячи активных сайтов транскрипции, отслеживать отдельные очаги RNAP2 при такой методике сложно.

Группа исследователей под руководством профессора Хироши Кимуры разработала генетически закодированный зонд для мониторинга модифицированной версии RNAP2, преобладающей в клетках во время транскрипции. Их работа опубликована в Journal of Cell Biology.

Принцип работы зонда

У человека большинство генов транскрибируются RNAP2. Во время фазы элонгации транскрипции аминокислота Ser2 в составе этого фермента фосфорилируется. Исследователи создали зонд для обнаружения именно этой активной, фосфорилированной по Ser2 формы RNAP2 в живых клетках.

Команда разработала генетически закодированное внутриклеточное антитело ("mintbody"), специфичное к модификации, — RNAP2-Ser2ph-mintbody.

Результаты

При исследовании клеток с помощью микроскопии высокого разрешения RNAP2-Ser2ph-mintbody обнаруживался в областях с активной транскрипцией. Было найдено множество очагов mintbody, напоминающих транскрипционные "фабрики".

Также было показано, что сигнал от RNAP2-Ser2ph-mintbody ослабевал во время митоза и в присутствии ингибиторов RNAP2. Зонд чаще ассоциировался с белками фазы элонгации транскрипции, а не с белками инициации или терминации. Очаги RNAP2-Ser2ph в клетках были более подвижными, чем домены репликации ДНК.

Значение исследования

Понимание регуляции RNAP2 помогает понять функционирование геномов, клеток и фенотипов. Визуализация сайтов активной транскрипции дает цель для наблюдения за процессом. Понимание того, как ДНК считывается RNAP2, может дать ключевые подсказки об итоговом синтезе белка.

Перспективные результаты этого исследования могут стимулировать будущие работы в области генетики и регуляции генов, расширяя наши знания о человеческом геноме.