Синтетические биологи во главе с Джулиусом Лаксом, доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии, создали новый механизм генетического контроля, состоящий исключительно из рибонуклеиновых кислот (РНК). Они называют свои сконструированные РНК ЗВЕЗДАМИ — Малые РНК, активирующие транскрипцию, — описанные в Интернете в журнале Nature Chemical Biology от 2 февраля.«Мы создали совершенно новый набор инструментов для регулирования», — сказал Лакс, который описывает РНК как «самую технически изменяемую молекулу на планете».РНК — это одноцепочечная версия своей близкой родственницы ДНК, которая составляет двухцепочечный геном всех живых организмов.
По словам Люкса, в то время как ДНК действует как жесткий диск природы, храня гены, составляющие наш геном, РНК является частью клеточного компьютера, который активирует жесткий диск, помогая клетке настроить экспрессию определенных генов. Хотя известно, что РНК делает это разными способами, одна вещь, которую она не может сделать в природе, — это запустить процесс с включения или активации транскрипции — первого шага в экспрессии генов и ядра многих клеточных программ.В лаборатории Люкс и его коллеги отвели РНК эту новую роль. Они разработали систему РНК, которая действует как генетический переключатель, в котором РНК говорит клетке активировать транскрипцию определенного гена.
Система STAR включает размещение специальной последовательности РНК перед целевым геном, которая действует как блокада и не позволяет клетке транскрибировать этот ген. Когда присутствует STAR, он снимает эту блокаду, включая нижестоящий ген, позволяя иметь место транскрипции. Эффект похож на систему «замок-и-ключ» для включения генов, при этом STAR действуют как набор генетических ключей для разблокировки клеточных генетических программ.
«РНК похожа на молекулярную головоломку, сумасшедший кубик Рубика, который нужно разблокировать, чтобы делать разные вещи», — сказал Люкс. «Мы придумали, как создать еще одну РНК, которая открывает часть этой головоломки. ЗВЕЗДА — ключ к этому замку».
РНК — любимая молекула Лакса, потому что она проста — намного проще, чем белок — и ее функцию можно спроектировать, спроектировав ее структуру. Фактически, новые экспериментальные и вычислительные технологии, некоторые из которых были разработаны лабораторией Люкса, теперь предоставляют быстрый доступ к их структурам и функциям, открывая новую эру биомолекулярного дизайна, который намного сложнее сделать с белками.Лакс предполагает, что LEGO-подобные генетические цепи, состоящие только из РНК, могут действовать как клеточные компьютеры.
Генные сети, созданные с помощью РНК, также могут предлагать диагностические возможности, поскольку было показано, что аналогичные цепи РНК активируют ген только в том случае, если, например, присутствует определенный вирус.«Это откроет для нас целый набор возможностей, потому что молекулы РНК очень хорошо принимают решения и вычисляют информацию, и они действительно хорошо обнаруживают вещи», — сказал Лакс.
Статья называется «Создание малых РНК, активирующих транскрипцию», и ее соавторами являются научный сотрудник Джеймс Чаппелл и аспирант Мелисса Такахаши. В число сторонников входят Национальный научный фонд, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов и Управление военно-морских исследований.