Созданы органеллы для синтеза белка с неканоническими аминокислотами

Альтернативная трансляция, в ходе которой в белки включаются неканонические аминокислоты, — интересный исследовательский метод, а в перспективе мощное орудие синтетической биологии. Авторы статьи, опубликованной в Science, поставили задачу минимизировать воздействие такой трансляции на другие процессы, протекающие в клетке. Идея состояла в том, чтобы альтернативной трансляции подлежала только целевая мРНК, кодирующая строго определенный белок. В этой РНК стоп-кодон перепрограммирован благодаря введению новой пары тРНК-тРНК-синтаза: он больше не останавливает синтез белка, а кодирует неканоническую аминокислоту, которая может, например, обеспечить определенные посттрансляционные модификации или взаимодействие с флуоресцентными метками.

В экспериментах по альтернативной трансляции чаще всего используется амбер-кодон UAG. Но проблема в том, что он встречается достаточно часто (около 20% всех стоп-кодонов в клетках человека), и необходимо избежать неспецифических замен, которые испортили бы другие белки. Для решения этой проблемы немецкие ученые создали искусственные органеллы — «производственную зону», где протекает альтернативная трансляция, не влияя на обычный синтез белка в цитоплазме.

Эти органеллы не окружены мембраной, а представляют собой белковую конструкцию, где собраны все компоненты системы. В 3’-нетранслируемый участок выбранной мРНК добавляли мотив ms2, который образует шпильку и взаимодействует с главным белком вирусного капсида (MCP). В качестве ассемблера — молекулы, склонной собираться в трехмерную структуру, которая должна объединить все компоненты — использовали FUS или кинезины KIF. Этими молекулами пометили МСР, связанный с целевой мРНК, и систему супрессии стоп-кодона — пирролизиновую тРНК и тРНК-синтазу (tRNAPyl/PylRS) из архей Methanosarcina mazei. (Пирролизин — природная аминокислота, производное лизина, содержится в белках некоторых метаногенных архей и кодируется кодоном UAG.) Так что в человеческую клетку, растущую в культуре, добавляли всего пятьгенноинженерных компонентов: целевую мРНК, тРНК, а также РНК-синтазу и МСР, слитые с белком-ассемблером. Эксперимент показал, что ортогональная трансляция идет успешно и специфично. Авторы подчеркивают, что подобная система может быть легко перепрограммирована для синтеза белков с любой из 30- известных неканонических аминокислот.

Таким образом, был продемонстрирован способ альтернативной трансляции определенных белков в немембранных органеллах. Ученые надеются, что эта концепция как способ модификации свойств эукариотической клетки будет востребована синтетической биологией.