Новый метод позволяет точно контролировать гены с помощью света

Новый оптический переключатель позволяет точно контролировать срок жизни генетических копий (мРНК), которые клетка использует как инструкции для производства белков. Метод разработан исследователями из университетов Бонна и Байройта и может значительно продвинуть изучение динамических процессов в живых клетках. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

В ядре каждой человеческой клетки содержится огромная «библиотека» из десятков тысяч «книг» — генов. Каждая содержит инструкцию для создания белка. Когда клетке нужен определённый белок, создаётся копия инструкции — мРНК. Клеточный механизм «уничтожает» эти копии через короткое время, чтобы белок производился только пока это необходимо.

Исследователи десятилетия назад придумали использовать этот механизм «уничтожения» в своих целях: присоединяя специальную метку к определённым мРНК, они заставляли клетку разрушать их сразу, не производя белок (процесс РНК-интерференции). Это позволяет выяснить функцию отсутствующего белка.

Бактериальная молекула как светозависимый переключатель

Новый подход основан на этом методе, но позволяет гораздо более дифференцированно контролировать срок жизни мРНК. «Мы используем бактериальную молекулу, чтобы контролировать «уничтожение» мРНК с помощью света», — объясняет профессор Гюнтер Майер, руководитель исследовательской группы в LIMES Институте Боннского университета.

Бактериальная молекула с аббревиатурой PAL действует как переключатель. Под воздействием синего света она меняет форму, открывая «карман», способный связываться с определёнными молекулами. «Мы провели поиск в огромной библиотеке искусственно созданных коротких РНК-молекул — аптамеров, — говорит Майер. — В итоге мы нашли аптамер, который хорошо подходит к «карману» в молекуле PAL».

Исследователи соединили этот аптамер с одной из молекулярных меток, которая может присоединяться к мРНК и запускать их деградацию. «Когда мы облучаем клетку синим светом, PAL связывается с меткой через аптамер и выводит её из строя, — объясняет коллега Майера Себастьян Пилсль. — Тогда мРНК не разрушается, а транслируется в соответствующий белок». Как только синий свет выключается, PAL высвобождает метку, и та может присоединиться к мРНК, запуская её разрушение.

В будущем это позволит исследователям изучать, где и когда именно в клетке нужен определённый белок, просто освещая область клетки синим светом в определённое время и наблюдая за последствиями. В текущем исследовании метод был применён к белкам, играющим важную роль в регуляции клеточного цикла и деления клеток.

Комбинация аптамера и метки деградации вводится в клетку методами генной инженерии, то есть клетка сама генерирует светозависимый сигнал разрушения.

Транскрипции генов можно целенаправленно «выключать»

Аптамер можно комбинировать с различными метками, каждая из которых служит сигналом разрушения для определённой мРНК. «Таким образом, с помощью этого метода можно контролируемо «выключать» практически любую молекулу мРНК в клетке», — подчёркивает профессор Андреас Мёглих из Университета Байройта.

В пилотном исследовании метод показал свою простоту и надёжность. Исследователи видят в нём большой потенциал для изучения динамических процессов в живых клетках и организмах.