Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

Бесконтактный контроль экспрессии генов

Биологи научились управлять генами незаметно для генома

Александр Ершов, N+1

Биохимики из Массачусетского технологического института разработали систему слежения, которая позволяет видеть, где, когда и насколько активно работает РНК нужного гена. Внесение небольших изменений в систему слежения превращает ее из пассивной в активную – становится возможным управлять работой генов, не затрагивая при этом геном. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Adamala et al., Programmable RNA-binding protein composed of repeats of a single modular unit), кратко о ней можно прочитать в пресс-релизе MIT Controlling RNA in living cells: Modular, programmable proteins can be used to track or manipulate gene expression.

Система работает следующим образом. В клетку вводится генетическая конструкция, которая обеспечивает синтез двух белков. Белки представляют собой две половины искусственного маркера. У каждого из белков есть часть, отвечающая за распознавание РНК, и часть, отвечающая за собственно свечение.

Вторая, флюоресцентная, часть представляет собой обычный зеленый флюоресцентный белок (GFP), разбитый на две половины. Отдельно друг от друга эти половины не светятся, но, если две части приблизить вплотную друг к другу, они соединяются (нековалентно) в единый флюоресцентный комплекс и становятся видны в ультрафиолете.

Теперь, если «научить» части маркера, которые отвечают за распознавание РНК, находить две соседские последовательности в нужной РНК, это обеспечит сближение флюоресцентных половин, и такую РНК можно будет легко видеть в ультрафиолете. Если же половины маркера свяжутся с нецелевыми, случайными РНК, то вероятность сборки флюоресцентного комплекса из двух молекул будет на несколько порядков ниже. Такая стратегия «располовинивания» маркера позволяет добиться высокой специфичности связывания даже тогда, когда одиночная РНК-связывающая часть белка не слишком разборчива.

Ученые показали, что на этой же элементной базе можно создать систему управления работой генов. Для этого достаточно заменить флюоресцентную часть маркера на один из белков-инициаторов трансляции (то есть синтеза белка в рибосомах). Распознающую часть при этом надо направить на точку старта трансляции. Тогда бывший маркер будет связываться с нужной матричной РНК, но не светиться, а привлекать к ней рибосомы. В результате активность гена (то есть число копий белка, которые с него производятся в единицу времени) существенно вырастет, но при этом ни одна «буква» в геноме не будет изменена.

Pumilio1.jpg
Схема работы метода. Кодирующая последовательность отвечает за синтез
контрольного флюоресцентного белка – красного mRuby
(рисунок из статьи в PNAS).

Следует отметить, что разные части новой системы (например, метод разделения GFP на две половины) были созданы другими исследователями. Самая главное нововведение авторов статьи – создание метода подбора аминокислотной последовательности той части белка, которая распознает нужную РНК. Для этого ученые использовали модульный подход – они нашли в белках семейства Pumilio короткие аминокислотные фрагменты, которые имеют высокое специфичное сродство к тому или иному основанию в РНК. Комбинируя эти фрагменты между собой, биологи научились создавать полностью искусственные белки, специфичные к любой нужной последовательности РНК.

Идеологически такой подход близок к методу дизайна искусственных нуклеаз на основе белков-факторов транскрипции (TALEN) и белков с цинковыми пальцами. Но эти белки связываются с ДНК, а белки семейства Pumilio – с РНК.

Pumilio2.jpg
Комплекс белка Pumilio с РНК (1M8W)
Александр Ершов / Wang, X., McLachlan, J., Zamore, P.D., Hall, T.M.T.

Структура одноцепочечной РНК сильно отличается от обычно двуцепочечной ДНК, поэтому перенос подхода с TALEN'ов на Pumilio очень далек от тривиальности.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
27.04.2016

Читать статьи по темам:

экспрессия генов визуализация РНК Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Секвенирование РНК in situ

Биологи под руководством известного генетика Джорджа Черча создали метод секвенирования РНК in situ («на месте»), который позволяет составить карту экспрессии тысяч генов в масштабах от субклеточного уровня до целого мозга или эмбриона.

читать

Дифференцирующиеся стволовые клетки сигналят разноцветными маячками

Молекулярные «маячки» позволяют ученым в режиме реального времени наблюдать за экспрессией генов в популяциях стволовых клеток в процессе их дифференциации в клетки определенных тканей.

читать

Гены за работой: смотрите, как идёт синтез белка

Сотрудники Университета им. Бар-Илана (Израиль) в реальном времени наблюдали в клетках человека процесс выработки белка, соответствующего отдельному гену.

читать

Раковые клетки: найти и обезвредить!

Исследователи из Сеульского национального университета разработали метод генотерапии рака с помощью введения в клетки опухоли гена, белковый продукт которого отслеживает и уничтожает раковые клетки, повышая способность клеточной мембраны абсорбировать йод и его радиоактивный изотоп. Для улучшения визуализации раковых клеток также вводился ген-репортер, запускающий синтез флуоресцирующего белка при экспрессии терапевтического гена.

читать

Новое применение системы CRISPR-Cas9

Молекулярные биологи из Нидерландского института исследования рака проверили эффективность нового метода выявления жизненно важных генов, основанного на системе CRISPR-Cas9.

читать

Рыбий жир защитит мозг от фруктозы

Фруктоза изменяет экспрессию сотен ген в клетках головного мозга, что вызывает ухудшение памяти и способности к обучению, однако эти эффекты, по крайней мере частично, нейтрализует докозагексаеновая кислота.

читать