Молекулярные ножницы впервые натравили на РНК
С тех пор как учёные выяснили, что генетический код, записанный в ДНК, определяет буквально всё от цвета глаз до предрасположенности к болезням, они пытаются найти способы, чтобы внести в него нужные изменения.
Настоящий прорыв в этом направлении случился в 2013 году, когда была разработана технология редактирования генома под названием CRISPR/Cas9, которую учёные прозвали "молекулярными ножницами". Этот метод "внесения правок", подсмотренный у бактерий, позволяет с высокой точностью вырезать и изменять участки ДНК любых организмов прямо в живых клетках.
Но не все заболевания напрямую связаны с дефектами в ДНК. Часто главную роль в развитии болезни играет другая основополагающая молекула — РНК. Её главная задача – перенос генетической информации из ядра, то есть от ДНК, к другим частям клетки, где РНК в зависимости от предназначения, либо запускает синтез белков (строительных кирпичиков клетки), либо выполняет другие важные функции.
Для нормальной работы организма крайне важно, чтобы РНК попадала в нужное место в нужное время. Сбои этой системы приводят к развитию аутизма, рака и многих других серьёзных заболеваний. Поэтому правильная ориентация и адресная доставка РНК в живой клетке является не менее значимой проблемой, чем возможность редактирования генов.
Команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Калифорнийского университета в Беркли, работающие под руководством Гене Ё (Gene Yeo), впервые предложила использовать для этого метод CRISPR/Cas9. Для того что бы сделать его мишенью не ДНК, а РНК, исследователи изменили несколько особенностей системы.
Как правило, она работает следующим образом. Генные инженеры синтезируют "направляющую" РНК, соответствующую конкретному гену, который нужно отредактировать. Эта РНК распознаёт необходимый фрагмент в геноме и прикрепляется к нему. При этом она направляет белок Cas9 в строго определённое место, и тот разрезает ДНК. По такому принципу происходит либо отключение гена, либо замена его исправленной версией.
На основе предыдущих работ одного из соавторов исследования Дженнифер Дудны (Jennifer Doudna), команда создала короткие цепочки нуклеиновых кислот, известные как Pammer, которые в составе новой системы помогают "направляющей" РНК подводить фермент Cas9 к молекуле РНК.
Как сообщается в пресс-релизе, чтобы испытать свой метод, учёные нацелили полученный комплекс Rcas9, объединённый с флуоресцентным белком, на РНК, кодирующие три белка (ACTB, TFRC и CCNA2).
Выбор был обусловлен тем, что в клетках, находящихся в состоянии стресса, эти РНК и созданные на их основе белки образуют в цитоплазме клетки гранулы. Эти гранулы появляются при нейродегенеративных заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз.
Раньше, чтобы отслеживать движение молекул РНК к месту образования гранул, исследователи использовали генетические метки, которые могли нарушить нормальную работу клеток. Но с помощью новой технологии они получили возможность в реальном времени наблюдать, как подсвеченная система Rcas9 соединяется с РНК и перемещается вместе с ней.
Исследователи надеются, что разработанный ими подход поможет ускорить изучение многих заболеваний и поиск методов борьбы с ними.
Результаты работы опубликованы в журнале Cell.