2019-08-27 01:22:01
用于RNA控制的蓝光

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信使RNA分子含有遗传信息,因此控制活细胞中蛋白质的合成。拜罗伊特大学和波恩大学的生物化学家现在已经发现了一种调节这一过程的方法,这是基因表达的核心:某些放线菌含有一种蛋白质,可以在蓝光下结合RNA分子,从而可以使它们失活。原则上,因此可以通过光来切换RNA控制的蛋白质合成,不仅在细菌中,而且在哺乳动物甚至人类细胞中。发表在Nature Chemical Biology上的研究结果是新研究领域的基础:optoribogenetics。

一段时间以来,光信号已被用于改变遗传信息的转录 - 并因此改变由RNA(核糖核酸)分子指导的蛋白质合成 - 在DNA水平上。这种方法是光遗传学的一部分,现在已成为分子和细胞生物学的成熟方法。然而,这项新研究现在首次显示了一种机制,通过这种机制,RNA和特定蛋白质之间的相互作用可以受到光的影响。因此,细菌中的基因表达可以直接在RNA分子水平上控制。

由Bayreuth的AndreasMöglich教授和波恩的GünterMayer教授领导的研究人员证明,这种机制可以转移到哺乳动物细胞中。 “在接下来的几年里,我们将把光控制法扩展到涉及RNA的各种细胞过程。迄今为止尚未提供的最终工具将大大推进中心细胞过程的研究。这是optoribogenetics的基石,现已奠定了对光遗传学的新补充,“AndreasMöglich教授说。

寻找对光有反应的候选蛋白质

研究工作的出发点是寻找能够在光的影响下改变其与RNA相关的自身结合行为的细菌光感受器蛋白。科学家搜索了现有的序列数据库,找到了他们正在寻找的东西。 Nakamurella multipartita种的细菌含有一种具有显着三方结构的蛋白质:三个不同的部分或称为“PAS”,“ANTAR”和“LOV”的“结构域”以不寻常的顺序依次排列。

正如柏林自由大学的Robert Bittl教授研究小组合作所展示的那样,LOV光电传感器领域对蓝光做出反应并将信号传输到ANTAR域。然后,ANTAR结构域改变其结构,使得RNA分子结合并因此变得不可接近:它们不再可用于基因表达,并且其中包含的遗传信息不再用于蛋白质的合成。

只有当蓝光照射停止,并且ANTAR结构域恢复其正常结构时,与RNA的相互作用才会停止。现在RNA再次变得活跃。研究人员首先使用RNA适体建立并证明了这一过程。这些是具有发夹状结构的小RNA分子,其可以进入ANTAR结构域,其在蓝光下打开并且在那里结合。 Mayer:“适配器以模块化方式工作:它们可以连接到其他单元,如构建块系统。”

科学家还测试了他们在真核细胞上的新研究方法,他们之前已经引入了细菌蛋白和RNA适体。在这些细胞中,蓝光触发的结构变化也导致信使RNA分子与蛋白质结合,并且在这种状态下,悬浮基因表达。 “我们现在有一个电灯开关,可以专门打开和关闭不同RNA分子的细胞活性,”波恩大学LIMES研究所的GünterMayer博士解释道。

他的拜罗伊特同事,AndreasMöglich教授补充说:“光控制控制的方法原则上可以转移到许多其他基于RNA的过程,例如微RNA的处理和相关的基因沉默现象。“在随后的研究中,两位科学家及其研究小组希望研究新发现的机制在模式生物体中用于控制基因表达和其他过程的程度。

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