Американские молекулярные биологи заставили кроветворные клетки человека кодировать неклассические аминокислоты и встраивать их в состав белков. Оказалось, что при этом клетки сохраняют способность дифференцироваться и могут выживать в организме мышей. Это может быть полезно, чтобы получать человеческие белки с измененными свойствами — и, например, сразу проверять их фармакологические свойства in vivo. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Вписать новую аминокислоту в генетический код не так сложно, как может показаться. Дело в том, что в нашем генетическом коде уже есть свободные «слова» из трех нуклеотидов, которые сами по себе ничего не кодируют. Они служат стоп-кодонами. Как только рибосома, которая строит белок, доходит до такого «бессмысленного слова», она останавливается, и белок считается готовым. И вот таким стоп-кодонам можно искусственно приписать новое значение.
Для того, чтобы у триплета нуклеотидов появилось значение, необходимо, чтобы клетка умела его расшифровывать. Обычно это происходит так: к информационной РНК прилипает транспортная РНК, которая несет на себе нужную аминокислоту. Для стоп-кодонов такой транспортной РНК в клетке нет, но ее можно добавить извне. И придется добавить еще фермент, который соединяет транспортную РНК с неканонической аминокислотой. Тогда клетка будет встраивать новую аминокислоту на место стоп-кодона.
Подобные эксперименты уже ставили на разных организмах, от бактерий до мышей. И вот группа ученых из Института Скриппс под руководством Питера Шульца (Peter Schultz) добралась до клеток человека. В своей работе исследователи заставили один из стоп-кодонов (УАГ) кодировать аминокислоту пирролизин — подобно тому, как это делают некоторые бактерии и археи.
Чтобы добиться своей цели, авторы работы заражали клетки человека вирусным вектором на основе вируса Эпштейна-Барр. Гены вируса были необходимы, чтобы этот участок ДНК продолжал существовать и размножаться внутри ядра. Кроме того, вектор содержал ген транспортной РНК для пирролизина и фермента трансферазы, который соединяет пирролизин с РНК. Наконец, внутри вектора находился ген зеленого флуоресцентного белка с мутацией: один из его кодонов был искусственно заменен на стоп-кодон УАГ. Это необходимо, чтобы проверить эффективность переписывания: если клетка научилась встраивать пирролизин вместо стоп-кодона, то белок получится полноразмерным и будет светиться. Если не научилась, то белок порвется на середине, и свечения не видно.
Сначала ученые опробовали свой метод на клетках эмбриональной почки человека. Как и следовало ожидать, они начали светиться только при добавлении пирролизина. Затем исследователи взяли кроветворные стволовые клетки из пуповинной крови человека. Успешного встраивания они добились примерно у половины клеток, и почти треть из них приобрела способность светиться.
Затем эти клетки подсадили иммунодефицитным мышам, чтобы выяснить, насколько они сохраняют свою жизнеспособность и новые свойства в живом организме. Оказалось, что они в три раза хуже приживаются, чем клетки, в которые не вводили вирусный вектор (9,5 процентов клеток в кровотоке и 27,8 процентов соответственно). Тем не менее, когда ученые увеличили число пересаживаемых клеток, они добились того, что четверть кроветворных клеток в организме мыши оказались человеческими. Около 20 процентов из них продолжали светиться. Затем они проследили, что из этих человеческих клеток получаются разные типы форменных элементов, включая разные виды лейкоцитов, и некоторые из них сохраняют способность к свечению.
Таким образом, авторам работы удалось заставить стволовые клетки человека кодировать неканонические аминокислоты. Этот метод может оказаться полезен, чтобы получать человеческие белки с измененными свойствами — структурой или функциями — для исследований или разработки лекарств. Авторы работы, например, предположили, что иммунные клетки, которые происходят из таких клеток крови, могут производить модифицированные антитела, поэтому было бы интересно проверить реакцию химерных мышей из их эксперимента на какие-нибудь аллергены.
Мы уже рассказывали о том, как молекулярные биологи переписали, а затем урезали генетический код кишечной палочки, добавили в генетический алфавит четыре «буквы» и обнаружили нетрадиционный код у одного паразитического растения. Подробнее о том, как и зачем ученые строят и переписывают геномы организмов, читайте в нашем материале «С правом на переписку».
Полина Лосева