ScienceDaily (June 16, 2011) — В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые обнаружили совершенно новый способ изменения генетического кода. Выводы, хотя и ранние, являются значимыми, поскольку могут в конечном счете помочь ученым воздействовать на течение серьезных заболеваний, таких как кистозный фиброз (муковисцидоз), мышечная дистрофия и многие формы рака
Генетический код – это набор зашифрованных в гене инструкций, на основе которых в клетке синтезируются специфические протеины. Центральным звеном в процессе синтеза протеинов в организме является информационная (матричная) РНК, или иРНК (мРНК), которая считывает эти инструкции с ДНК и контролирует этапы синтеза протеина. Впервые ученые искусственно модифицировали мРНК, изменив таким образом оригинальную инструкцию синтеза протеина. Результат – протеин, отличный от оригинального
«Способность манипулировать производством протеина с определенных генов – новое чудо современной медицины» — говорит Robert Bambara, Ph.D., директор Department of Biochemistry and Biophysics в University of Rochester Medical Center «Это действительно мощная концепция, которая может быть использована для подавления предрасположенности людей к развитию определенных серьезных, а иногда – и фатальных генетических заболеваний, навсегда меняющих их жизнь»
Синтез протеинов – далеко не идеальный процесс. Частые мутации, или ошибки в ДНК или мРНК могут привести к синтезу поврежденных протеинов, способных нанести серьезный ущерб. В проведенном исследовании внимание ученых было сосредоточено на распространенном типе мутаций, наблюдаемом в молекулах, содержащих преждевременный «стоп-сигнал», известный как преждевременный стоп-кодон. Преждевременный стоп-кодон предписывает клетке прервать чтение генетической инструкции посреди процесса синтеза белка, что приводит к формированию неполного, укороченного протеина
Ученым удалось преобразовать мРНК таким образом, что «стоп-сигнал» сменился на сигнал «идти». В результате клетки могут полностью считать генетическую инструкцию и синтезировать нормальный, полноразмерный протеин. Этот результат был получен как in vitro, так и на культуре дрожжевых клеток
«Это очень волнующая находка» — говорит Yi-Tao Yu, Ph.D., автор и руководитель исследования, адъюнкт-профессор биохимии и биофизики медицинского центра. «Никто не представлял, что можно исправить стоп-кодон так, как это удалось нам, возобновив непрерывную трансляцию там, где ее изначально не было»
Эти находки очень важны, поскольку по имеющимся данным примерно треть генетических заболеваний обусловлены наличием преждевременного стоп-кодона, приводящего к синтезу укороченных протеинов. Результаты исследования могут способствовать разработке терапевтической стратегии, способной помочь организму преобразовать стоп-кодон и синтезировать в необходимых количествах полноразмерные протеины, отсутствие которых приводит к развитию таких заболеваний, как кистозный фиброз, а также участвует в развитии различных типов рака
Yu, как и первый автор методики John Karijolich, Ph.D, использовал для модификации мРНК другой тип РНК – так называемую ведущую РНК (guide RNA) Ведущие РНК – это короткие РНК, которые связываются со специфическими последовательностями РНК, позволяя таким образом модифицировать один определенный участок. «Ведущие РНК дают нам огромные возможности, чтобы сосредоточиться на определенном участке генома и произвести прицельные изменения» — отмечает Bambara
Команда исследователей разработала искусственную ведущую РНК и запрограммировала ее на изменение специфического стоп-кодона в мРНК
«Факт, что стратегия работает – т.е. что созданная нами ведущая РНК находит путь к цели (стоп-кодону), и производит желаемое структурное изменение – достаточно удивителен. Не предполагалось, что ведущие РНК имеют доступ к мРНК, и никто не верил, что они могут прицельно модифицировать мРНК» — говорит Karijolich, один из участников исследования. «Наши результаты подняли вопрос, может ли аналогичный процесс происходить естественным образом»
«Предыдущие исследования предлагали другие пути модификации генетического кода, но что действительно уникально в нашем методе – это то, что он действует на уровне РНК, и что воздействует на специфический участок. Мы можем доставить искусственную ведущую РНК в клетку, и направить ее на осуществление модификации в одном единственном участке, и только на определенном участке» — добавляет Yu
Изменение таким способом мРНК может быть другим механизмом, который клетки используют для синтеза множества типов протеинов. Учитывая сложность строения организма, у человека удивительно мало генов. В то время как хорошо известно, что большинство генов человека кодируют более одного протеина, модификация мРНК может оказаться нереализованным способом, который позволит человеку делать это
Yu планирует и дальше продолжать свои исследования, выясняя, может ли модификация мРНК происходить естественным образом, и как именно это может происходить
Исследование финансировалось National Institute of General Medical Sciences в National Institutes of Health.