Учёные впервые увидели сеть РНК в живых бактериальных клетках
Исследователи, изучающие РНК, столкнулись с серьёзным препятствием: невозможностью увидеть её движение в живой клетке. Новая технология позволила впервые наблюдать РНК в живой бактериальной клетке, что может дать новую информацию о том, как эта молекула перемещается и функционирует.
Интерес к РНК, играющей ключевую роль в производстве белков, значительно вырос в последние годы, во многом из-за её потенциала в новых методах терапии. Локализация и движение РНК в бактериальной клетке изучены плохо. Проблема заключалась в поиске способа пометить РНК в живой клетке для отслеживания, объясняет Наташа Броуд, доцент-исследователь кафедры биомедицинской инженерии Бостонского университета.
«Вы можете пометить любой белок в клетке и наблюдать за тем, что он делает. С РНК это было гораздо сложнее, потому что РНК более мобильна и менее стабильна, чем белки и ДНК», — говорит Броуд, старший автор нового исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ранее учёные использовали зелёный флуоресцентный белок (GFP) для маркировки РНК. Однако меченые им белки светились так ярко, что заглушали свечение от РНК. «Первоначальная идея заключалась в том, чтобы найти способ уменьшить фоновую флуоресценцию», — отмечает Броуд.
В 2007 году Броуд и её коллеги разработали систему, заставляющую клетку синтезировать белок в двух фрагментах, а не целиком, что делало белок неактивным. Затем они модифицировали молекулу РНК, добавив к ней небольшой «хвост» из последовательности РНК, который работает как ручка, захватывая фрагменты и соединяя их. Это активирует белок и заставляет его ярко светиться зелёным. Учёные могут затем следить за РНК, пока она движется по клетке.
«В нашем случае белок становится флуоресцентным, потому что связывается с РНК. Если РНК нет, мы не видим этот белок», — поясняет Броуд.
В новой работе команда модифицировала эту систему, чтобы обеспечить контролируемый синтез РНК, позволяя исследователям отслеживать РНК сразу после её появления в клетке. Для исследования использовались живые клетки Escherichia coli (простейшая бактериальная модель) и нефункциональная РНК. Для наблюдения за РНК и получения изображений её движения команда использовала сложный микроскоп и систему детекции, разработанные коллегой Амитом Меллером, соавтором исследования. Система Меллера позволила наблюдать РНК в целых клетках с высоким разрешением.
Эти наблюдения не только первые в своём роде, но и противоречат ранее существовавшим теориям о равномерном распределении РНК по всей клетке.
«Первое, что мы увидели, — это то, что РНК локализована в основном по периферии клетки», — говорит Броуд. Одна из возможных причин — середина бактериальной клетки, занятая ДНК, менее доступна для РНК.
Исследователи также отметили, что РНК, по-видимому, формирует спиральные структуры, похожие на те, что наблюдаются у белков, участвующих в формировании цитоскелета клетки, который задействован в репликации ДНК, делении клетки и других важных процессах. «Это необходимые структурные элементы, которые управляют всеми изменениями в жизни бактерии. Но нам нужно узнать больше, прежде чем мы сможем что-то сказать о функции спиральной структуры РНК», — добавляет Броуд.
С помощью этой новой технологии Броуд и её коллеги смогут больше узнать об обнаруженной сети РНК, изучить локализацию и движение других типов РНК в живых бактериальных и, в конечном итоге, в клетках млекопитающих.