Отмена сигнала «стоп» вылечит треть наследственных болезней?
Новый метод изменения генетического кода: адресные РНК-проводники модифицируют матричную РНК
LifeSciencesToday по материалам University of Rochester:
Changing Genetic ‘Red Light’ to Green Holds Promise for Treating Disease
В недавно опубликованной в журнале Nature статье (Converting nonsense codons into sense codons by targeted pseudouridylation) ученые из Медицинского центра Университета Рочестера описали совершенно новый метод изменения генетического кода. Результаты их экспериментов имеют огромное значение: новый метод может помочь изменить течение тяжелейших генетических заболеваний, таких как кистозный фиброз, мышечная дистрофия и многие формы рака.
Генетический код – набор инструкций в гене, которые «указывают» клетке, как делать конкретный белок. Центральную роль в процессе синтеза белка играет матричная РНК (мРНК), которая получает инструкции из ДНК и руководит дальнейшими биохимическими шагами. Ученым впервые удалось искусственно модифицировать матричную РНК и, таким образом, изменить первоначальные инструкции. Конечный результат: белок, отличный от закодированного в гене.
«Возможность манипулировать выработкой белка конкретного гена – новое чудо современной медицины», – говорит доктор философии Роберт Бамбара (Robert Bambara), заведующий кафедрой биохимии и биофизики Медицинского центра Университета Рочестера (University of Rochester). «Это действительно очень мощная концепция, которую можно использовать для попыток подавить тенденцию к развитию некоторых тяжелейших и иногда фатальных генетических заболеваний, способных навсегда изменить жизнь человека».
Синтез белков – далеко не идеальный процесс. Частые мутации в ДНК и матричных РНК приводят к выработке белков с нарушенной структурой, которые потенциально могут нанести вред организму. В данном исследовании ученые сосредоточили свое внимание на распространенном типе мутаций, приводящем к тому, что в середине молекулы матричной РНК оказывается стоп-кодон – триплет нуклеотидов, дающий рибосоме команду прекратить синтез белка. В результате такой белок оказывается укороченным и нефункциональным.
Ученым удалось изменить матричную РНК таким образом, что стоп-сигнал был преобразован в сигнал продолжения считывания. Образно выражаясь, красный свет светофора был переключен на зеленый. В результате клетка смогла прочитать генетические инструкции до конца и создать нормальный белок. Исследователи воспроизвели эти результаты как in vitro, так и in vivo – в живых клетках дрожжей.
«Это замечательный результат», – считает руководитель исследования профессор биохимии и биофизики доктор философии И-Тао Юй (Yi-Tao Yu). «Никто никогда не думал, что можно изменить преждевременный стоп-кодон таким образом, как это сделали мы, и позволить трансляции идти до конца, не прерываясь».
Полученные результаты трудно переоценить, так как по последним данным преждевременные стоп-кодоны, приводящие к синтезу неполных белков, являются причиной примерно трети генетических заболеваний. Новый метод позволит ученым разработать терапевтические стратегии, способные помочь организму «отменять» преждевременные стоп-кодоны и вырабатывать адекватные количества полных белков, отсутствие которых вызывает такие заболевания, как кистозный фиброз, и вносит вклад в развитие различных типов рака.
Для модификации матричной РНК профессор Юй вместе с первым автором статьи доктором философии Джоном Карийоличем (John Karijolich) использовал другой тип РНК – РНК-проводник (guide RNA, gRNA). РНК-проводник – короткая РНК, связывающаяся со специфическими последовательностями матричной РНК и позволяющая модифицировать один ее конкретный участок.
«РНК-проводники дают нам в руки огромные возможности воздействовать на конкретный участок генома и целенаправленно изменять его», – отмечает профессор Бамбара.
Ученые создали искусственную gRNA и «запрограммировали» ее: gRNA должна была найти свою мишень – конкретный стоп-кодон в одной из мРНК – и модифицировать ее.
«То, что эта стратегия работает – созданная нами gРНК нашла путь к своей мишени, стоп-кодону, и вызвала желательное изменение структуры – просто замечательно. Считалось, что РНК-проводники не имеют доступа к мРНК, поэтому никто не верил, что матричная РНК может стать мишенью для модификации РНК-проводниками», – говорит Карийолич. «Наши эксперименты поднимают вопрос о том, может ли подобный процесс происходить естественным путем».
«В предыдущих исследованиях были представлены другие способы модификации генетического кода, но наш метод уникален тем, что модификация осуществляется на уровне РНК и является высокоспецифичной. Мы может вызвать экспрессию искусственной gРНК в клетке и направить ее на модификацию отдельно взятого сайта, причем только этого сайта», – объясняет профессор Ю.
Подобная модификация матричной РНК может являться еще одним механизмом, который человеческие клетки используют для создания различных типов белков. Принимая во внимание нашу сложность, у человека удивительно мало генов. Ученым хорошо известно, что большинство генов человека кодируют больше чем один белок. Возможно, модификация мРНК является одним из тех еще непонятых способов, с помощью которого организм человека способен синтезировать такое огромное белковое разнообразие.
Профессор Юй планирует продолжить свои исследования и установить, происходит ли адресная модификация матричной РНК естественным путем и, если да, выяснить детали этого процесса.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
30.06.2011