Как известно, все свойства клетки определяются тем, какие из её генов считываются, а какие – нет. Процесс транскрипции, переноса информации с ДНК на РНК, изучается уже много лет, но некоторые детали до сих пор оставались непонятными. Правда, теперь в руках исследователей появился совершенно новый инструмент для изучения работы генов.

Объединив биохимические методы, новые технологии быстрой расшифровки последовательности ДНК и передовые компьютерные технологии, команда учёных Калифорнийского университета в Сан-Франциско смогла изучить процесс синтеза ДНК на уровне отдельных нуклеотидов. Подобные методы уже удавалось применить в пробирке, но впервые разработан способ визуализации экспрессии генов в живой клетке. Результаты работы опубликованы 20 января в журнале Nature.

Выделение информационных РНК уже давно позволяло выяснить, какие гены работают в клетке, но при этом не существовало хорошего способа оценки того, какая часть генома «декодируется» в РНК и как быстро эти РНК синтезируются. Новая технология делает возможным непосредственно наблюдать за этими процессами.

«Она позволяет захватывать клетки в процессе превращения ДНК в РНК с беспрецедентным разрешением», – заявляет ведущий автор исследования, профессор Департамента клеточной и молекулярной фармакологии Джонатан Вейсман (Jonathan S. Weissman). Технология поможет исследователям разобраться с огромным объёмом данных, полученных в проекте «Геном человека» и работах по расшифровке геномов различных организмов, давая при этом новые возможности для изучения биологических процессов, таких как перепрограммирование стволовых клеток, говорит Вейсман.

«Геном – это жёсткий диск клетки, – говорит первый автор статьи Ли Стирлинг Черчман (Lee Stirling Churchman). – До сих пор мы могли видеть информацию, которую содержит этот жёсткий диск, а также видеть результат считывания этой информации, но мы не имели точных данных о том, как клетка осуществляет считывание».

До недавнего времени многие учёные считали, что фактически транскрибируется в РНК и, следовательно, участвует в функциях клетки менее 5 процентов генома человека, говорит Черчман. Новые исследования показали, что процессу транскрипции подвергается существенно большая часть ДНК. При этом многие синтезированные РНК, по-видимому, не играют никакой функциональной роли. Например, клетка может начать прочтение генетической последовательности, а потом почему-то прерывает его на середине. Белок по такой «недочитанной» РНК построить невозможно, и через некоторое время она просто уничтожается.

Новый метод визуализации позволил получить больше данных о роли нуклеосом в процессе синтеза РНК. Нуклеосомы – это белковые структуры, вокруг которых обвивается ДНК на первой стадии упаковки её длинных молекул внутри небольшого клеточного ядра. Визуализация подтвердила, что нуклеосомы выступают в качестве «лежачих полицейских» – барьеров, определяющих, будет ли РНК транскрибироваться с данного участка генома и с какой скоростью.

«Попытки рассмотреть то, как гены включаются и считываются, предпринимались давно, – говорит Вейсман. – До сих пор ничего аналогичного по глубине и точности достичь не удавалось».

Первоисточник информации:

Churchman L.S. & Weissmann J.S. Nascent transcript sequencing visualizes transcription at nucleotide resolution. – Nature. –469. – Pages: 368–373; Date published: (20 January 2011); DOI: doi:10.1038/nature09652.