Управление РНК в живых клетках: модульные программируемые белки для отслеживания и манипуляции экспрессией генов
Исследователи из MIT разработали новый набор белков, которые можно настраивать для связывания с произвольными последовательностями РНК. Это позволяет визуализировать РНК внутри живых клеток, отслеживать активность конкретных цепочек РНК и даже контролировать их функции.
Новая стратегия основана на человеческих РНК-связывающих белках, которые в норме участвуют в управлении эмбриональным развитием. Команда адаптировала эти белки для легкого нацеливания на нужные последовательности РНК.
Модульный код
Команда сосредоточилась на естественных белках, называемых гомологичными доменами Pumilio. Эти белки содержат последовательности аминокислот, каждая из которых связывается с одним из рибонуклеотидных оснований (или "букв") РНК: аденином (A), тимином (T), урацилом (U) и гуанином (G).
Исследователи создали модульный код: определили конкретные наборы аминокислот, которые связываются с каждым из четырёх оснований в любой позиции целевой последовательности. Систему назвали Pumby (от Pumilio-based assembly). С её помощью можно эффективно нацеливаться на последовательности РНК длиной от 6 до 18 оснований.
Манипуляции с РНК
В экспериментах на культивируемых человеческих клетках учёные продемонстрировали две ключевые возможности:
Метка и отслеживание мРНК: Они создали два белка Pumby, которые связываются со смежными последовательностями РНК. К каждому белку присоединена половина молекулы зелёного флуоресцентного белка (GFP). Когда оба белка находят свою мишень, молекулы GFP соединяются и начинают флуоресцировать, сигнализируя о присутствии целевой РНК.
- Система также позволяет измерить частоту трансляции (считывания) мРНК. Каждый раз, когда молекула мРНК транслируется, GFP сбрасывается, а по завершении трансляции связывается новый GFP, усиливая флуоресцентный сигнал.
Стимуляция трансляции мРНК: Присоединив к белку Pumby белок-инициатор трансляции, исследователи смогли резко увеличить трансляцию мРНК, которая в норме считывается редко. Это позволяет "включать" произвольные гены в клетке без необходимости модифицировать её геном.
Перспективы
- Нейробиология: Систему планируют использовать для мечения разных мРНК в нейронах, чтобы проверить гипотезу о том, что мРНК для разных генов хранятся в разных частях нейрона.
- Биоинженерия: Эти РНК-связывающие белки могут стать основой для создания молекулярных "сборочных линий", которые будут собирать вместе ферменты, необходимые для проведения серии реакций по синтезу лекарств или других молекул.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.