«Навигатор» для РНК: как ученые побеждают генетические болезни

Ученые научились управлять перемещением макромолекулы РНК, которая переносит генетическую информацию. Это позволит нам эффективнее бороться с серьезными заболеваниями, такими как рак и аутизм.

Генетический код, заключенный в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) определяет все в нашем организме -– от цвета глаз до предрасположенности к заболеваниям. Вот почему ученые так внимательно изучают геном человека и ищут способы изменять последовательность ДНК. Однако многие заболевания связаны с другой макромолекулой – рибонуклеиновой кислотой (РНК). РНК – это посредник, переносящий генетическую информацию из клеточного ядра. Исследователи долго пытались найти метод, который позволил бы руководить перемещениями РНК, и это наконец-то удалось сделать.

Слава открытия принадлежит ученым из Медицинской Школы Калифорнийского Университета Сан-Диего, результаты их исследования опубликованы в журнале Cell.

В своем исследовании группа ученых применила популярную сейчас технологию редактирования ДНК CRISPR-Cas9 по отношению к РНК. Эту методику можно сравнить с внесением правок на компьютере: она позволяет вырезать и изменять участки ДНК прямо в живых клетках. Теперь ученые с помощью этой технологии научились определять перемещение РНК.

Расположение РНК в клетке и то, как и когда она туда попадает, показывает, происходит ли синтез белка в нужном месте и в нужное время. Например, белки, важные для нейронных связей мозга (синапсов), синтезируются на основе РНК, находящейся в этих контактах. Нарушение транспорта РНК может быть связано с рядом заболеваний от аутизма до рака. Именно поэтому было необходимо найти возможность отслеживать передвижение РНК. Если получится эффективно «нацеливать» РНК, это поможет в борьбе с серьезными заболеваниями.

«Эта работа – первый известным нам пример «нацеливания» РНК в живых клетках с помощью системы CRISPR-Cas9. Наше исследование позволяет отследить передвижение РНК внутри клетки. В дальнейшем мы рассчитываем помочь исследователям оценивать другие свойства РНК и разработать дополнительные терапевтические подходы для коррекции заболеваний, связанных с РНК»,– Neuroscience News цитирует старшего автора исследования, специалиста по клеточной и молекулярной медицине Джина Йео.

В последние несколько лет ученые сильно продвинулись в своих попытках изучения и изменения последовательности ДНК с целью лечения генетических заболеваний. Это стало возможным благодаря технологии CRISPR-Cas9, которую применяют для редактирования генов. Подробнее об этой методике Футурист рассказывал ранее.

До недавнего времени CRISPR-Cas9 могла использоваться только для работы с ДНК, но именно последнее открытие сделало возможным применение методики к РНК. Это работает так: создается молекула РНК-гид, совпадающая с последовательностью нужного гена-«мишени». Этот гид направляет фермент Cas9 в заданный участок генома, где «режет» ДНК. Далее клетка восстанавливает последовательность ДНК неточно, деактивируя ген, либо исследователи заменяют соседний с надрезом фрагмент необходимой версией гена.

Чтобы получить возможность воздействовать на РНК вместо ДНК, исследователи внесли некоторые изменения в систему CRISPR-Cas9. В частности, они создали короткую нуклеиновую кислоту PAMmer, она направляет Cas9 к молекуле РНК вместе с молекулой-гидом.

Чтобы проверить работу новой системы, исследователи пометили РНК, кодирующую белки ACTB, TFRC и CCNA2 и проследили, как фермент Cas9, связанный с помеченным белком, определял передвижение РНК к стрессовым гранулам. Стрессовые гранулы – это скопление белков и РНК, которые формируются в пространстве за пределами ядра клетки (цитозоле), когда клетка подвергается стрессу. Стрессовые гранулы связаны с рядом серьезных нейродегенеративных нарушений -– например, с боковым амиотрофическим склерозом, от которого страдает Стивен Хокинг.

«Технология CRISPR-Cas9 стала началом революции в геномике и медицине, потому что она дает возможность модифицировать ДНК человека. ДНК является фундаментальным строительным блоком жизни, и новая технология придает новый смысл генной инженерии. Однако многие заболевания, включая рак и аутизм, связаны с проблемами другой фундаментальной молекулы – РНК», – говорит один из соавторов исследования Дэвид Неллес.

Созданная система позволила отследить перемещение РНК в живых клетках в течение некоторого времени без необходимости вводить искусственные метки, которые применяются в других методах «пометки» РНК и, вероятно, искажают нормальные внутриклеточные процессы.