Исследователи из Пекинского университета под руководством Чэнь Пэна из Колледжа химии и молекулярной инженерии и И Чэнци из Школы наук о жизни разработали новую стратегию расширения кодонов, которая позволяет точно включать неканонические аминокислоты (НКА) без нарушения естественных генетических кодов.
Инновационный подход использует посттранскрипционно модифицированные RNA-кодоны — в отличие от всех 64 стандартных генетических кодонов — в целевых транскриптах для кодирования НКА в системах млекопитающих. Эта работа создаёт универсальную платформу для расширения генетического кода в клетках млекопитающих, открывая путь для продвинутого проектирования белков и функциональных исследований в сложных биологических системах.
Результаты были опубликованы в журнале Nature 25 июня 2025 года под названием «Расширение RNA-кодонов через программируемое псевдоуридиновое редактирование и декодирование».
Специфическое включение неканонических аминокислот предоставляет новые возможности для настройки функций белков с использованием специальных химических соединений. Традиционные стратегии расширения генетического кода (ЭГК) достигают включения НКА путём переназначения стоп-кодонов в качестве «пробельных» кодонов, что не полностью ортогонально эндогенному прекращению трансляции, ограничивая его точность и масштаб в клеточных контекстах.
Метод ЭГК использует биоортогонально назначенные псевдоуридиновые модифицированные кодоны (ΨCodons: ΨGA, ΨAA, или ΨAG) в предназначенных мРНК-транскриптах для включения НКА в клетках млекопитающих. Платформа ЭГК объединяет программируемую направляющую РНК, специально разработанную декодирующую тРНК и специфическую аминоацил-тРНК-синтетазу для достижения высокоселективного декодирования ΨCodons.
Эти достижения создают надёжную стратегию, в которой псевдоуридин используется в качестве посттранскрипционного «буквы», создавая новые RNA-кодоны для целенаправленного проектирования белков и расширяя генетический код в эукариотических системах.
В этом исследовании учёные создали платформу расширения RNA-кодонов (ЭРК) для назначения псевдоуридиновых (Ψ) модифицированных RNA-кодонов (ΨCodons: ΨGA, ΨAA, ΨAG) в качестве новых «пробельных» кодонов для включения неканонических аминокислот (НКА) в клетках млекопитающих, независимо от эндогенного использования кодонов.
Система ЭРК состоит из трёх основных компонентов:
* программируемой направляющей РНК для целевого внедрения ΨCodon;
* специально разработанной декодирующей тРНК ((ΨGA)-tRNAPyl, (ΨAA)-tRNAPyl, или (ΨAG)-tRNAPyl) для распознавания ΨCodon;
* специальной аминоацил-тРНК-синтетазы для декодирования.
Каждая декодирующая тРНК демонстрирует сильное предпочтение к своему соответствующему ΨCodon по сравнению с нативными кодонами, обеспечивая ортогональность в транслятоме млекопитающих.
Профилирование рибосом и протеомный анализ показали, что ЭРК(ΨGA) обеспечивает высокую специфичность для включения НКА, сохраняя при этом эндогенный стоп-кодон UGA, который составляет примерно 52% стоп-кодонов в геноме человека.
Кроме того, было показано, что три пары ΨCodon–декодер тРНК являются взаимно ортогональными, что позволяет осуществлять сайт-специфическое включение нескольких НКА с различными боковыми цепями в белки млекопитающих. Важно отметить, что платформа ЭРК также совместима с традиционными системами ЭГК, что позволяет осуществлять двойное включение НКА в одиночных клетках.
Это исследование представляет ЭРК как надёжную и универсальную платформу для программируемого расширения генетического кода в эукариотических системах, что позволяет точно модифицировать белки и проводить функциональные исследования в сложных биологических условиях.
Предоставлено:
* [Пекинский университет](https://phys.org/partners/peking-university/)
* [Сайт Пекинского университета](http://english.pku.edu.cn/)