Учёные из Юго-Западного медицинского центра при Университете Техаса разработали новый инструмент под названием PHOTON. Он позволяет идентифицировать молекулы РНК в их естественном расположении внутри клеток. Это даёт ценные подсказки о том, как различные виды РНК распределяются в пространстве в ответ на различные клеточные сигналы.
Этот подход, подробно описанный в [статье](https://www.nature.com/articles/s41467-025-59801-3), опубликованной в журнале Nature Communications, может помочь исследователям объяснить процессы, которые нарушаются при заболеваниях, и потенциально определить новые цели для лечения.
Старение и нейродегенеративные заболевания
«Старение и многие нейродегенеративные заболевания создают значительный стресс для клеток, заставляя часть клеточной РНК перераспределяться в различные внутриклеточные компартменты, такие как [стресс-гранулы](https://phys.org/tags/stress+granules/),» — говорит руководитель исследования Хайци Чен, доктор философии, доцент в Центре репродуктивной биологии Сесила Х. и Иды Грин и в отделении акушерства и гинекологии в Юго-Западном медицинском центре при Университете Техаса.
«PHOTON позволяет нам обнаруживать пространственное перераспределение клеточной РНК при заболеваниях по сравнению со здоровьем, помогая нам понять, как эти заболевания повреждают клеточные функции».
Двухэтапный процесс создания белков
Клетки создают все необходимые им белки посредством двухэтапного процесса, в котором фермент «транскрибирует» геномную молекулу ДНК в РНК, которая затем «переводится» в белки клеточными органеллами, называемыми рибосомами. Поскольку трансляция происходит во многих местах внутри клеток для производства белков, необходимых для различных функций, понимание того, какие молекулы РНК присутствуют в этих местах, может пролить свет на то, как клетки используют белки и как эти процессы могут различаться при здоровье и болезни.
Трудности в изучении РНК
Хотя исследователи изучили РНК, присутствующие в некоторых прочных органеллах, которые можно легко выделить из клеток, таких как ядро или митохондрии, другие структуры в клетках более хрупкие, преходящие или не имеют мембран, что препятствует использованию этого подхода.
Существуют методы пространственного определения видов РНК, но они могут быть непомерно дорогими и требовать глубоких знаний для выполнения.
Разработка PHOTON
Доктор Чен и его коллеги разработали PHOTON, сокращение от Photoselection of Transcriptome over Nanoscale. Исследователи создали ДНК-основанные молекулярные «клетки», которые легко связываются со всей РНК в клетках. Эти молекулярные «клетки» могут открываться под воздействием света, что позволяет проводить дальнейшую химическую маркировку.
После того как клетки под микроскопом поглотили эти «клетки», команда направила на структуры интереса, такие как определённые органеллы, чрезвычайно узкий лазерный луч — всего 200–300 нанометров в поперечнике. Этот свет запускал открытие молекулярных «клеток», позволяя специфически маркировать РНК, расположенные только в освещённой области. Затем исследователи собрали маркированные молекулы РНК и определили их идентичность и функции.
Доказательство принципа
В качестве доказательства принципа исследователи использовали PHOTON для изучения РНК, присутствующих в ядрышке и митохондриях, показав, что РНК, идентифицированные с помощью PHOTON, близко соответствуют тем, что в опубликованных базах данных, полученных путём выделения этих органелл из клеток.
Затем доктор Чен и его коллеги применили PHOTON к стресс-гранулам — преходящим и безмембранным структурам, которые клетки образуют в условиях стресса. Хотя большинство РНК стресс-гранул, идентифицированных учёными, соответствовали опубликованным базам данных, они обнаружили некоторые расхождения при использовании PHOTON, что указывает на потенциальное загрязнение в предыдущих исследованиях.
Роль химической модификации m6A
Исследователи использовали PHOTON, чтобы ответить на давний вопрос в биологии: может ли химическая модификация, обнаруженная на некоторых молекулах РНК, называемая m6A, помочь переместить эти РНК в стресс-гранулы. Анализируя РНК, идентифицированные с помощью PHOTON, исследователи обнаружили, что РНК в стресс-гранулах содержат значительно больше m6A, чем РНК вне их, что позволяет предположить, что эта модификация действительно играет роль в перемещении определённых РНК в стресс-гранулы, что может предотвратить их трансляцию в белки.
Будущие исследования
Доктор Чен сказал, что он и его коллеги в лаборатории Чена планируют продолжать использовать PHOTON для изучения распределения РНК в различных условиях, особенно при нейродегенеративных заболеваниях и старении. Сравнивая распределения с таковыми в здоровых клетках, исследователи могут определить новые цели для терапии этих состояний.
Предоставлено [UT Southwestern Medical Center](https://phys.org/partners/ut–southwestern-medical-center/)