Pages Menu
TwitterRssFacebook
Categories Menu

Posted on 20.11.18 in Inštituti, Znanstveni dosežki

TALE zna nove trike: raziskovalci razvili nov način uravnavanja delovanja genov

TALE zna nove trike: raziskovalci razvili nov način uravnavanja delovanja genov

Delovanje genov uravnavajo proteini, ki se vežejo na DNK. Proteine z imenom TALE  lahko načrtujemo tako, da se lahko vežejo na praktično katerokoli zaporedje DNK. Raziskovalci Kemijskega inštituta v članku v reviji Nature Chemical Biology poročajo, da lahko TALE protein z DNK izpodrine drug TALE protein na zelo nenavaden način. TALE protein, ki je vezan na levi strani lahko izpodrine TALE, ki je vezan na desni, ne pa tudi obratno. To nenavadno lastnost so raziskovalci uporabili za izboljšanje natančnosti uravnavanja izražanja genov, za  pripravo logičnih vezij v človeških celicah in preprečevanje cepitve s tehnologijo CRISPR na neželenih mestih DNK, kar je uporabno tako za celično terapijo kot za biotehnologijo.

Lastnosti celic in celotnih organizmov v veliki meri določa genom, ki vsebuje program DNK. Dejavnost tisočerih genov uravnavajo proteini, ki se vežejo na DNK v njihovi neposredni bližini. S pomočjo sintezne biologije lahko uravnavamo izražanje genov tako, da uporabimo z načrtovane proteine, ki se ciljno vežejo na izbrano tarčno zaporedje DNK. Pred desetletjem so znanstveniki razvozlali kodo prepoznavanja DNK zaporedja za proteine imenovane TALE (okrajšava za Transcription Activator-Like Effector), odkrite v bakterijah, ki napadajo rastline. Razumevanje te kode je znanstvenikom omogočilo načrtovanje in pripravo TALE proteinov, ki se vežejo na praktično katerokoli izbrano zaporedje DNK. Z dodatkom ustrezne proteinske domene lahko proteine TALE spremenimo v aktivatorje ali zaviralce katerega koli gena, zaradi česar so zelo uporabni za medicinsko terapijo in biotehnologijo.

Tehnologijo TALE, s katero so znanstveniki dosegli že nekaj odmevnih medicinskih in biotehnoloških uporab, je v zadnjem času nekoliko zasenčila tehnologija CRISPR, ki omogoča enake aplikacije kot TALE proteini, vendar je lažja za uporabo. Slovenski raziskovalci so odkrili, da so proteini TALE sposobni nekaterih dodatnih trikov, kar bi jim lahko pomagalo pri povratku v središče pozornosti. Odkrili so, da ob vezavi dveh TALE na sosednji mesti, tisti protein, ki se nahaja na levi, z DNK izpodrine TALE protein, ki je vezan na desni, ne pa tudi obratno. Roman Jerala, vodja Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani, ki je vodil to raziskavo pravi: “Predstavljajte si vrsto majhnih stolov z osebo, ki sedi na enem stolu. Če se usedete na stol levo od osebe, ki že sedi je ta stol za vas nekoliko premajhen, zato dregnete soseda, ki mora vstati. Običajno bi vas ta oseba lahko dregnila nazaj in bi morali vstati vi, v primeru TALE pa to deluje le v eni smeri. TALE protein na levi lahko izpodrine tistega, ki je vezan na DNK na njegovi desni. To je primer načrtovanja molekulskega izpodrivanja, ki smo ga odkrili v naših raziskavah in ugotovili, da ga je mogoče uporabiti še za druge zanimive namene. “

 

Poleg pojasnitve mehanizma polariziranega izpodrivanja, so raziskovalci pokazali, da je ta lastnost TALE proteinov lahko zelo koristna za uravnavanje izražanja genov. Dr. Tina Lebar, prva avtorica raziskave in podoktorska raziskovalka v skupini prof. Jerale, dodaja: “Ugotovili smo, da lahko naredimo še dodaten korak. Dodatek tretjega TALE proteina na levi povzroči izpodrivanje desnega soseda, kar omogoči ponovno vezavo TALE proteina na skrajni desni.  Podobno kot pri podiranju domin, le da  pade samo vsak drugi domino. Pokazali smo, da to deluje celo s petimi sosednjimi TALE, kar je bilo nepričakovano in zelo zanimivo. Ugotovili smo, da ta mehanizem lahko uporabimo za kodiranje logičnih funkcij, kot so na primer OR, AND ali NAND, s temi pa lahko uravnavamo odziv človeških celic na zunanje signale in obdelavo informacij v celicah “.

Raziskovalci so demonstrirali delovanje vseh dvo-vhodnih logičnih operacij v človeških celicah. Medtem ko so raziskovalci iz iste raziskovalne skupine izvedbo logičnih funkcij v človeških celicah pokazali že pred leti, pa je delovanje na osnovi usmerjenega izpodrivanja bolj učinkovito in hitrejše. Pomembna dodatna prednost je, da je takšna vrsta uravnavanja genov zelo natančna. V nasprotju z nekaterimi drugimi doslej uporabljanimi metodami z mehanizmom usmerjenega izpodrivanja lahko utišamo samo izbrani gen, medtem ko sosednji geni ostanejo aktivni.

Kaže, da je polarizirano izpodrivanje edinstveno za TALE proteine, raziskovalci pa so ga uporabili tudi za izpodrivanje drugih proteinov z DNK, med drugim za preprečevanje nastanka kompleksa CRISPR. Tehnologija CRISPR je močno orodje v molekularni biologiji, ki jo znanstveniki uporabljajo pretežno za cepitev tarčne DNK in izbitje genov v celicah. Pomemben problem te tehnologije cepitev DNK na neželenih mestih. Mehanizem izpodrivanja s TALE proteini lahko uporabimo tudi za zaščito genoma pred neželeno cepitvijo s tehnologijo CRISPR, kar bi močno prispevalo k bolj varni in zanesljivi genski terapiji.

Razdruževanje molekulskih kompleksov prek vezave drugih molekul je en od pomembnih naravnih principov in ​​ta raziskava je verjetno prvi primer, ko je bilo molekulsko izpodrivanje zasnovano in uporabljeno za povsem nov namen. Raziskovalci menijo, da je to odkritje pomembno tako za razumevanje mehanizma dinamike preureditve molekulskih kompleksov  v naravi kot tudi za ​​povečanje natančnosti, varnosti in učinkovitosti celične terapije ali za biotehnološko uporabo. Raziskavo je podprla Agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.

Foto: NIB

Post a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *