Ученые изучают транспорт матричных РНК из ядра в цитоплазму в режиме реального времени

Создав микроскоп, способный достичь не виданного ранее разрешения при исследовании живых клеток, ученые из Колледжа медицины Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) Университета Ешива (Yeshiva University) увидели молекулярные взаимодействия, происходящие на одном из самых важных «путей» во всей биологии: пути отдельных молекул матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК) из ядра в цитоплазму, где на их основе синтезируются белки.

Результаты, опубликованные он-лайн в журнале Nature, представляют собой крупный шаг вперед в использовании микроскопии. Они могут использоваться в разработке методов лечения таких расстройств, как миотоническая дистрофия, при которой матричные РНК не могут выйти из ядра.

Старшим автором исследования является профессор кафедр анатомии и структурной биологии, биологии клетки и неврологии, содиректор Центра биофотоники Грасса-Липпера (Gruss-Lipper Biophotonics Center) Колледжа Эйнштейна доктор философии Роберт Зингер. Его соавтор - Дэвид Грюнвальд (David Grünwald) из Института нанонаук Кавли (Kavli Institute of Nanoscience) Дельфтского технологического университета (Delft University of Technology), Нидерланды.

До этой работы предел разрешения составлял 200 нанометров, что означает, что молекулы, находящиеся друг от друга на меньшем расстоянии, нельзя различить как отдельные элементы живой клетки. В этом исследовании ученые увеличили предел разрешения до 10 раз, что дало им возможность наблюдать отдельные молекулы всего в 20 нанометрах друг от друга.

Синтез белка, возможно, самый важный из всех клеточных процессов. Инструкции для его осуществления закодированы в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) генов, находящихся в хромосомах в ядре клетки. При синтезе белков ДНК-инструкции гена транскрибируются, или копируются на матричную РНК (мРНК). Молекулы матричной РНК должны затем выйти из ядра в цитоплазму, где аминокислоты, связываясь друг с другом, образуют специфические белки.

Известно, что курсирующие между ядром и цитоплазмой молекулы проходят через белковые комплексы, называемые ядерными порами. Пометив молекулы матричной РНК желтым флуоресцентным белком, а ядерные поры – красным, ученые использовали высокоскоростные видеокамеры, чтобы зафиксировать, как молекулы мРНК проходят через такие поры. В статья в Nature описывается динамика и удивительный механизм, с помощью которого ядерные поры «перемещают» молекулы матричной РНК из ядра в цитоплазму: ученые впервые увидели транспорт через ядерные поры живых клеток в режиме реального времени.

«До сих пор мы действительно ничего не знали о том, как мРНК проходят через ядерные поры», - говорит доктор Зингер. «Полагаясь на интуицию, ученые считали, что «протискивание» этих молекул через узкий канал, такой как ядреная пора, должен занимать большую часть процесса транслокации. Но, к нашему удивлению, мы наблюдали, что молекулы мРНК быстро проходили через ядерные поры, а большую часть времени занимали стыковка с порой со стороны ядра и затем ожидание выделения в цитоплазму».

В частности, доктор Зингер установил, что отдельные молекулы мРНК, подошедшие к ядерной поре, входят в нее только через 80 миллисекунд ожидания. Затем они потрясающе быстро – всего за 5 миллисекунд – проходят пору. И, наконец, еще 80 миллисекунд они ждут на другом конце поры, прежде чем перейти в цитоплазму.

Период ожидания и то, что 10 процентов молекул мРНК остаются у ядерных пор, ожидая доступа, в течение секунд, позволяет предположить, что в этой точке мРНК подвергаются проверке на качество.

В предыдущем исследовании доктор Зингер изучал миотоническую дистрофию, вызываемое мутацией тяжелое наследственное заболевание, для которого характерна атрофия мускулатуры. Зингер обнаружил, что в клетках больных миотонической дистрофией молекулы мРНК не могут выйти из ядра и попасть в цитоплазму. «Понимая, как мРНК выходят из ядер, мы сможем разработать методы лечения миотонической дистрофии и других заболеваний, в которых заблокирован транспорт мРНК», - говорит ученый.

Источник: www.lifesciencestoday.ru