Кратковременные реакции клеток могут оставлять молекулярные следы, которые исчезают до того, как их успевают изучить. Исследователи создали внутри человеческих клеток «черный ящик», сохраняющий РНК и позволяющий спустя несколько дней обнаружить прошлую активность генов.
Внутри клетки постоянно меняется активность генов. В то время как одни включаются в ответ на внешнее воздействие, другие прекращают работу после его исчезновения. Такие реакции могут определять дальнейшую судьбу клетки, но их следы нередко пропадают раньше, чем удается провести анализ.
Обычно активность генов изучают по матричным РНК, которые используются для производства белков. Однако РНК постепенно разрушаются, поэтому их набор отражает преимущественно нынешнее состояние клетки и лишь ограниченно позволяет судить о ее прошлом. Но если клетка изменила поведение после краткого воздействия, позднее измерение может показать последствия, но уже не обнаружить молекулярные события, которые им предшествовали.
Ученые предлагали решить эту проблему с помощью молекулярных регистраторов. Например, в 2018 году была создана программа, записывающая фрагменты РНК в ДНК бактерий с помощью механизма CRISPR. В 2026 году другая группа ученых описала TimeVault — искусственные белковые частицы для хранения РНК в клетках млекопитающих.
Теперь биологи предложили внутриклеточный архив другого устройства, названный recordanelle — «записывающая органелла». Основой конструкции стал специально собранный белок из трех функциональных частей. Одна закрепляет его на наружной поверхности митохондрий, другая помогает формировать скопление, третья связывает РНК. В результате внутри живой клетки образуется искусственная структура, которая собирает молекулы и защищает их от разрушения. Результаты исследования опубликовал журнал Nature Biotechnology.
Чтобы захватывать матричные РНК, ученые использовали белковый участок, узнающий характерный «хвост» на конце этих молекул. Привязка к митохондриям позволяет позднее выделить архив вместе с ними и определить последовательности накопленных РНК, прочитав все сохранившиеся сообщения.
Разные варианты системы проверяли на HEK293T — широко используемой лабораторной линии человеческих клеток, сравнивая их с контрольными культурами. Сначала исследователи использовали управляемый сигнал: на 20 часов добавляли вещество, включавшее ген красного флуоресцентного белка, а затем удаляли стимулятор. Через двое суток соответствующая РНК еще обнаруживалась благодаря архиву, хотя в контрольных условиях следы этого включения уже исчезали.
Затем систему испытали на реакции на интерферон-бета — это сигнальный белок, участвующий в противовирусной защите и запускающий работу множества генов. После прекращения воздействия архив сохранял молекулярные следы ответа.
В условиях экспериментов исследователи не обнаружили существенного нарушения жизнеспособности клеток и работы митохондрий, однако они отметили, что сам регистратор неизбежно вмешивается в клеточные процессы. Кроме того, при размножении старые записи терялись быстрее, поэтому продолжительность хранения зависит от состояния клеток.
Автор: Андрей Серегин