«Нам никогда не удавалось точно определить, когда и где мРНК транслируются в белки», — сказал со-руководитель исследования Роберт Х. Сингер, доктор философии, профессор и сопредседатель кафедры анатомии и структурной биологии и содиректор Центр биофотоники Грусса Липпера в Эйнштейне. «Эта способность будет иметь решающее значение для изучения молекулярных основ болезни, например, как нарушение регуляции синтеза белка в клетках мозга может привести к дефициту памяти, который возникает при нейродегенерации». Доктор Сингер также владеет кафедрой анатомии Гарольда и Мюриэль. Структурная биология у Эйнштейна.Направления производства белков закодированы в генах ядра клетки.
Два шага — транскрипция и трансляция — должны произойти, чтобы инструкции гена по производству белков привели к реальным белкам. На первом этапе, называемом транскрипцией, ДНК гена «считывается» молекулами мРНК.
Затем эти мРНК мигрируют из ядра в цитоплазму и прикрепляются к структурам, называемым рибосомами. Вот где происходит трансляция, второй этап синтеза белка: мРНК, прикрепленные к рибосомам, действуют как матрицы, на которых строятся белки.Чтобы визуализировать трансляцию, доктор Сингер и его коллеги воспользовались ключевым моментом во время первого раунда трансляции: рибосома, к которой прикрепляются мРНК, должна вытеснять так называемые РНК-связывающие белки из мРНК. Исследователи синтезировали идентичные копии молекул мРНК, содержащие два флуоресцентных белка, зеленый и красный.
Это означало, что в ядре (где создаются мРНК) мРНК, помеченные как красными, так и зелеными белками, выглядят желтыми. После миграции в цитоплазму мРНК могут менять цвет в зависимости от своей судьбы.
Для мРНК, попадающей на рибосомы, рибосома замещает зеленый флуоресцентный белок мРНК. В результате эти молекулы мРНК — лишенные своих зеленых флуоресцентных белков, связанные с рибосомами и готовые к трансляции в белок — выглядят красными.
Между тем все нетранслируемые молекулы мРНК остаются желтыми. Этот метод получил название TRICK (для трансляции визуализации РНК с помощью нокаута белка пальто).В тесте TRICK сотрудники из Германии изучали, когда и где мРНК гена oskar экспрессируются в яйцах или ооцитах дрозофилы. (Дрозофила или плодовые мушки являются часто используемой моделью для понимания болезней человека, а oskar имеет решающее значение для нормального развития эмбрионов плодовых мух.) Исследователи создали мРНК oskar, помеченные красными и зелеными флуоресцентными белками, и вставили меченые мРНК в ядра. ооцитов дрозофилы.
«Используя TRICK, мРНК oskar не транслировались, пока не достигли заднего полюса ооцита», — сказал доктор Сингер. «Мы подозревали это, но теперь у нас есть неопровержимые доказательства. В дальнейшем исследователи могут использовать эту технику для анализа каскада регуляторных событий, необходимых для трансляции мРНК во время развития дрозофилы».
Исследователи также обнаружили, что трансляция белка не начинается сразу после выхода мРНК из ядра, а начинается через несколько минут после того, как мРНК попали в цитоплазму. «Мы никогда раньше не знали этих сроков», — сказал д-р Сингер. «Это еще один пример того, чему мы можем научиться с помощью этой техники».