Дистанционный выключатель генов
Для изучения роли определенного гена (и его продукта) в жизни клеток, тканей или целого организма существует несколько приемов. Например, можно «выключить» ген, свести его активность к минимуму – и посмотреть, какие изменения произойдут при этом в клетке.
Есть несколько путей инактивации гена. Один из них, очень изящный, перспективный и широко используемый учеными в настоящее время, разработан самой природой. Оказывается, в клетках эукариот существует специальный многокомпонентный комплекс, способный избирательно направлять на деградацию информационную РНК (мРНК). Напомним, что мРНК – это один из этапов на пути от гена к белку. Нет мРНК – нет и белка, то есть, как бы нет и активности гена. Избирательность деградации обусловлена наличием в составе комплекса олигонуклеотидной последовательности, комплементарной целевой мРНК. Оказалось, что и олигонуклеотиды, искусственно введенные в клетки, также способны включать природный механизм деградации мРНК.
Исследователи из Америки предложили способ контролируемого «выключения» генов в желаемый момент времени. Для этого была создана следующая конструкция (рисунок 1).
Рисунок 1. Принцип действия "выключателей": после облучения ближним инфраскрасным светом золотые стержни разогреваются, и двойная спираль нуклеиновой кислоты разрушается.
К золотому наностержню ковалентно пришивалась одна цепь двуцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты. Размер стержня и соотношение длины к диаметру, равное 3.5, было подобрано так, чтобы частица имела максимальное поглощение при облучении ближним инфракрасным светом (785 нм). При облучении частица разогревается, комплементарные связи между олигонуклеотидами разрушаются, и высвободившиеся одноцепочечные молекулы нуклеиновых кислот могут участвовать в деградации мРНК.
Как это принято, сначала исследователи показали, что предложенная система работает in vitro. Золотые частицы были иммобилизованы на стеклянной подложке. Для визуализации процесса ко второй (не связанной с наночастицей) цепи ДНК была пришита флуоресцентная метка. После облучения и плавления ДНК меченные олигонуклеотиды высвобождались из комплекса с золотой частицей, как и ожидалось (рисунок 2).
Рисунок 2. Изменение флуоресценции наночастиц после облучения светом (785 нм) in vitro.
Для экспериментов in vivo исследователи выбрали клетки карциномы молочной железы человека с рецепторами ErbB2 на поверхности. Синтез этих рецепторов и было решено демонстрационно «выключить». Выбор кажется несколько странным для неискушенного наблюдателя – прежде всего потому, что эти рецепторы способны существовать довольно долгое время. А так как нет никакой возможности различить вновь синтезированные и ранее созданные рецепторы, то заметить остановку синтеза этого белка становится довольно сложно. Авторы и сами говорят, что некоторый эффект становится заметен лишь спустя 48 часов после облучения (рисунок 3).
Рисунок 3. Количество рецепторов ErbB2 в клетках карциномы молочной железы человека (метод проточной цитометрии). (А) Контроль: неактивированные "выключатели", без облучения. (В) Контроль: клетки облучены инфракрасным светом, но не содержат наночастиц.(C) Контроль: активированные облучением наночастицы, содержащие неподходящую олигонуклеотидную последовательность. (D) Опыт: активированные "выключатели" для рецепторов ErbB2. Синим цветом отмечены клетки, имеющие сниженное количество рецепторов.
Разработанный метод позволяет направленно управлять активностью генов в отдельных клетках. Несомненна привлекательность работы как для фундаментальных исследований, так и в терапевтическом аспекте. Кстати, возможно, именно направленностью авторов на «практику» объясняется выбор клеток и белка-мишени для экспериментов.
Работа «Remote Optical Switch for Localized and Selective Control of Gene Interference» опубликована в Nano Letters.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
19.01.2009