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 theNational Academy of Sciences, кратко о ней можно прочитать в пресс-релизе MIT.

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, собственно, за 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.

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

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 не целевыми, 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.

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

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.

Схема работы метода, кодирующая последовательность отвечает за синтез контрольного флюоресцентного белка – красного mRuby. www.pnas.org/…s.1519368113

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

Автор: Александр Ершов