Фильм о работе сплайсосомы: с точностью до молекулы
Разработана методика, позволяющая следить за молекулярными процессами в реальном времени
Кирилл Стасевич, Компьюлента
Пятилетняя работа нескольких американских лабораторий привела к впечатляющему результату: отныне биологи могут следить в микроскоп за индивидуальной молекулой белка. Молекулярный процесс, для которого разрабатывалась аппаратура и методика, называется сплайсинг, или, иначе, созревание матричной РНК.
В двух словах – что именно происходит. Клетка синтезирует белок не на гене – участке ДНК, а на молекуле-посреднике – матричной РНК. Сначала с ДНК снимается РНК-копия, матричная РНК, на которой потом и происходит сборка полипептидной – белковой – цепи. Но между синтезом матричной РНК и синтезом белковой молекулы РНК-молекула претерпевает сплайсинг. Дело в том, что информация в геноме упакована чрезвычайно плотно, и ДНК в этом смысле можно уподобить архивным файлам; один и тот же участок молекулы может кодировать несколько разных белков, фрагменты генетического кода которых записаны вразбивку друг с другом.
Эти фрагменты информации о разных белках могут совпадать, могут частично перекрываться, но важно одно: при синтезе РНК все они переписываются на молекулу РНК в том виде, в котором они находятся в ДНК. Когда же дело дойдёт до синтеза белка, молекула матричной РНК должна содержать последовательность только одного белка, без пробелов, швов и кусков чужого кода. Вот сплайсинг как раз и выполняет функцию вырезания «ненужных» кусков из матричной РНК.
Для наглядности можно представить, что у нас есть учебник по химии и кулинарная книга, переплетённые между собой так, что страницы двух изданий перемешаны. Так вот, при сплайсинге происходит вырезание ненужных страниц и восстановление текста в единое осмысленное целое, и в результате мы можем прочесть то, что нам нужно, – учебник или сборник рецептов.
Как и всё, что происходит в живой клетке, сплайсинг требует участия огромных белковых комплексов. Белковый комплекс, который выполняет эту процедуру, называется сплайсосомой.
Работать он должен с необычайной точностью, поскольку малейшая ошибка в вырезании-сшивании приведёт к синтезу неработающего или неправильно работающего белка. Изучение сплайсосомы важно для прикладных медицинских целей, но изучать её от этого легче не становится: до сих пор неизвестен полный цикл работы этого комплекса. Теперь же, после появления системы слежения за индивидуальной белковой молекулой, задача упрощается в несколько раз. Метод обкатывался на системе сплайсинга дрожжей.
В лаборатории исследовательницы Вирджинии Корниш в Колумбийском университете была создана флуоресцентная краска, которая метила отдельные белки сплайсосомы. В группе Джеффа Джеллена в Университете Брандейса были сконструированы лазер, который возбуждал краситель на белковой молекуле, и оптический микроскоп, с помощью которого можно было наблюдать свечение белковой молекулы с красителем. Можно пометить разными красителями разные компоненты большого белкового комплекса и в реальном времени следить за их поведением: кто, с кем, когда и в каком порядке встречается и на каком участке молекулы РНК это происходит.
Нельзя сказать, что сам идея метода так уж нова. Но в данном случае задача состояла не в том, чтобы предложить общую идею, а в обнаружении конкретного решения: нужно было найти краситель, который не повреждал бы белок и не нарушал его функцию, научиться «красить» белковые молекулы, сконструировать микроскоп... Отчёт о работе американских учёных опубликован 11 марта в журнале Science (Ordered and Dynamic Assembly of Single Spliceosomes).
Эта технология, разумеется, выйдет за пределы узкого (хотя и важного) изучения сплайсинга; разработчики планируют внедрить её во все отрасли молекулярной биологии. Уже сейчас г-н Джеллен с коллегами пробует «увидеть» белки транскрипции – процесса, в результате которого синтезируется РНК. Вряд ли биологи откажутся от такого подарка: у них появился шанс заменить все нарисованные мультики про ДНК, РНК, рибосомы и т. п. настоящим документальным кино.
Подготовлено по материалам PhysOrg: Lasers, custom microscope show gene splicing process in real time.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
11.03.2011