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

Ранее специалистам, изучавшим синтез белков, приходилось работать с данными, усреднёнными по времени и по огромному объёму клеток. В конце прошлого века была предложена методика маркировки генов, которые приобретали возможность подавать флуоресцентный сигнал в момент транскрипции (образования информационной РНК — матрицы для получения белков). Это дало возможность анализировать функционирование отдельных генов в бактериях и одноклеточных организмах, но не в клетках млекопитающих.

Основной проблемой стало то, что копии помеченного гена, доставляемые в клетку, встраивались в геном случайным образом: некоторые области последнего демонстрируют естественный высокий темп транскрипции, а другие, напротив, «молчат», и всё это мешает изучать работу самих генов.

«Геномы наших клеточных линий содержат последовательность, которая служит своего рода мишенью для вносимых последовательностей, — рассказывает Ярон Шав-Таль (Yaron Shav-Tal), один из авторов рассматриваемой работы. — Теперь можно не беспокоиться о том, куда попадёт ген».

Участки транскрипции в живых клетках, помеченные с помощью зелёного флуоресцентного белка. Масштабная полоска — 5 мкм. (Иллюстрация авторов работы.)

Израильтяне создали две несколько отличавшиеся друг от друга линии эмбриональных клеток почки с «искусственной» версией гена cyclin D1, регулирующего клеточный цикл. Обе имели последовательность ДНК, которая позволяет флуоресцентному белку, экспрессируемому в клетках, связываться с РНК cyclin D1 в момент транскрипции. При этом первый вариант линии содержал естественный промотор) — участок посадки фермента (полимеразы), осуществляющего синтез информационной РНК на матрице ДНК, — гена, а второму достался вирусный промотор, который сверхэкспрессирует гены.

Подготовив материал для исследования, биологи проследили влияние промотора на динамику транскрипции. Как оказалось, в «обычных» клетках процесс каждые 200 минут останавливался примерно на 20 минут, тогда как клетки с вирусным промотором сохраняли активность в течение 10 часов.

«Это совершенно новый уровень детализации, — заключает г-н Шав-Таль. — Даже если клетки считаются идентичными, у каждой из них всё равно, как мы теперь понимаем, будет свой уникальный набор параметров экспрессии».

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Methods.

Подготовлено по материалам Nature News.

Текст: Дмитрий Сафин

Материал с сайта Lenta.ru

Работу генов впервые сняли в реальном времени

Ученые создали систему, впервые позволяющую наблюдать процесс работы генов в клетке в реальном времени. Работа исследователей опубликована в журнале Nature Methods. Ее краткое изложение приводит портал Nature News.

Геном называют участок ДНК, имеющий определенную структуру, который кодирует белок или РНК. При активации гена с него считывается особая молекула мРНК, на которой, как на матрице, синтезируется белок. До сих пор ученым не удавалось пронаблюдать этот процесс в режиме реального времени. Система, разработанная авторами новой работы, позволяет видеть, когда с исследуемого гена начинает синтезироваться мРНК при помощи зеленого флуоресцентного белка (green fluorescent protein – GFP – за его выделение и изучение в 2008 году была вручена Нобелевская премия по химии). Флуоресценция GFP начинается в тот момент, когда ген начинает «работать».

При помощи своей системы исследователи изучали, как происходит активация гена, кодирующего белок D1, который необходим для контроля клеточного цикла. Ученые работали с «обычными» и с генетически модифицированными клетками бактерий и одноклеточных организмов, имеющих ядро (эукариот). Модификации изменяли место, на которое садится фермент, синтезирующий мРНК, – это место называют промотор. Промотор – это не просто точка посадки фермента, он также регулирует динамику синтеза мРНК. В части клеток ученые заменили промотор на вирусный (то есть на промотор, в норме присутствующий в вирусных частицах), а в части – на человеческий.

Оказалось, что гены, находящиеся под контролем человеческого промотора, активируются «вспышками», длящимися относительно короткое время. С тех генов, работу которых контролировал вирусный промотор, мРНК считывались постоянно в течение длительного времени. Здесь можно увидеть четыре коротких видео, на которых ученые сняли результаты своих опытов с разными типами клеток.

Авторы новой методики полагают, что она поможет ученым на новом уровне изучать работу промотора. Несмотря на то что это один из ключевых элементов для понимания функционирования клетки, исследователи не знают еще многих его особенностей. Например, в 2009 году группа специалистов показала, что мРНК могут считываться в обоих направления от промотора – до сих пор считалось, что этот процесс является строго однонаправленным.

Ссылки по теме

• Single-allele analysis of transcription kinetics in living mammalian cells – Nature Methods, 18.07.2010
• Watching a gene at work – Nature News, 18.07.2010