Шпионаж за клеточным режиссёром в монтажной
Подобно режиссёру, вырезающему лишние кадры для создания блокбастера, клеточная машина под названием сплайсосома вырезает ненужные участки генетического материала и соединяет оставшиеся части, формируя шаблон для производства белков.
Используя новый подход к изучению сплайсосомы, команда под руководством профессора химии и биофизики Мичиганского университета Нилса Вальтера в сотрудничестве с экспертами по сплайсингу Джоном Абелсоном и Кристин Гатри из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, наблюдала за процессом сплайсинга в отдельных молекулах.
Исследование опубликовано 21 марта в Nature Structural and Molecular Biology.
- Новый метод наблюдения: В отличие от традиционных методов, дающих лишь «снимки» процесса, в новой работе использовалась техника FRET (флуоресцентный резонансный перенос энергии) и сложный микроскоп, позволяющий наблюдать за отдельными молекулами в реальном времени. Это даёт возможность увидеть, как сплайсосома собирается и работает.
- Сложность машины: Сплайсосома — гигантский комплекс, состоящий из пяти молекул РНК и более 100 белковых субъединиц.
- Задача сплайсосомы: Она вырезает некодирующие участки РНК — интроны — и сшивает кодирующие участки — экзоны. Различные комбинации экзонов позволяют небольшому числу генов (~20 000 у человека) кодировать огромное разнообразие белков.
Ход эксперимента и ключевые открытия:
- Учёные пометили флуоресцентными метками два экзона, расположенные по обе стороны от интрона в короткой молекуле РНК.
- С помощью FRET они измеряли расстояние между экзонами, создавая «молекулярное кино» об их движении.
- Неожиданная активность РНК: Даже без сплайсосомы РНК самостоятельно изгибалась, складывая и разворачивая интрон, что сближало экзоны. Это указывает на более активную роль интронов в процессе, чем считалось ранее.
- Обратимые изменения: При добавлении компонентов сплайсосомы и источника энергии АТФ расстояние между экзонами сначала увеличивалось, затем значительно уменьшалось, и происходил сплайсинг. Важно, что эта серия изменений конформации РНК не была однонаправленной — шаги оказались обратимыми.
«Представьте режиссёра, который сомневается, какие сцены вырезать, и постоянно возвращается назад, соединяя разные куски плёнки, прежде чем принять решение и смонтировать фильм. Именно это мы увидели на молекулярном уровне», — пояснил Нилс Вальтер.
Значение и перспективы: Полученные данные впервые напрямую показали обратимые конформационные изменения во время сплайсинга. В будущем исследователи планируют прикрепить метки к другим частям системы, чтобы понять, как различные компоненты соотносятся в пространстве и времени. Конечная цель — построить полную модель того, как РНК и сплайсосома точно взаимодействуют, чтобы избежать ошибок, ведущих к заболеваниям.