Благодаря вмешательству в геном человека сложные многоклеточные организмы впервые получили возможность производить непротеиногенные аминокислоты [unnatural amino acids (UAA)]. Исследователи надеются, что такая генетическая модификация позволит следить за протеканием биохимических процессов, в том числе связанных с заболеваниями.
Джейсон Чин (Jason Chin) и Себастьян Грейсс (Sebastian Greiss) из Кембриджа модифицировали модельный организм Caenorhabditis elegans – крошечного червя – коротким генетическим фрагментом, содержащим последовательности, кодирующие синтез зеленого флуоресцирующего белка (GFP) и версии этого белка, отличающегося красной флуоресценцией (эта модификация GFP известна как mCherry). Эти последовательности были разделены стоп-кодоном, который в случае нормального биохимического процесса останавливает синтез белка. Однако, в изученном случае исследователи ввели в организм червей т-РНК, комплементарной стоп-кодону и способной переносить непротеиногенные аминокислоты.
Святящаяся нематода. Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja2054034
Переносящая непротеиногенные аминокислоты транспортная РНК способствует тому, что генетически модифицированный организм получает возможность синтезировать полипептиды, не встречающиеся в природе. Ранее в группе Чина было продемонстрировано, что с помощью модифицированной т-РНК и соответствующих ферментов можно встроить непротеиногенные аминокислоты в бактериальные белки, в новой работе исследователи использовали два модифицированных лизина – содержащих трет-бутил- или пропинилкарбаматные фрагменты.
Когда черви, прозрачные в обычных условиях, начали проявлять красную флуоресценцию, исследователи понимали, что началась экспрессия белка mCherry, и стоп-кодон перепрограммировался для кодировки непротеиногенной аминокислоты. Хотя экспрессия красного флуоресцирующего белка может служить косвенным свидетельством в пользу внедрения непротеиногенных аминокислот в белок, исследователи так и не смогли получить прямые доказательства того, что трет-бутилкарбаматлизин оставался в белке, в то время как факт вхождения пропинилсодержащей непротеиногенной аминокислоты был доказан непосредственно с помощью введения биотиновых меток.
Многие биохимические процессы, протекающие в организме червей C. elegans, схожи с биохимическими процессами, протекающими в организме человека, особенно – с процессами передачи нервного сигнала. Непротеиногенные аминокислоты могут выступать в качестве биохимических меток, которые смогут облегчить визуализацию таких процессов.
Эдвард Тэйт (Edward Tate), специалист по биологической химии из Имперского Колледжа Лондона, говорит о работе Чина как о существенном прорыве в области биохимии – хотя нематоды Caenorhabditis elegans и представляют собой относительно простые организмы для доставки непротеиногенных аминокислот, изменить генетический аппарат этих организмов достаточно сложная задача, которая была решена исследователями из Кембриджа.