Американские молекулярные биологи впервые временно отключили ген в клетках растущего зародыша рыбки данио-рерио с помощью геномного редактора CRISPR/Cas13d. Таким образом они уменьшили длину ее хвоста. Благодаря этому биологи смогут узнать подробности того, как развиваются эмбрионы человека и животных. Результаты работы опубликовал научный журнал Developmental Cell.
«Самое интересное в нашем случае заключается не в том, чего мы достигли, а в том, что мы сможем сделать в будущем. Мы до сих пор не понимаем, как работают гены, которые управляют развитием зародыша. И теперь мы можем узнать роль каждого, поочередно отключая их, уничтожая таким образом связанную с ними матричную РНК», – рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник Института медицинских исследований имени Стоуэрса (США) Ариэль Баззини.
В последние годы ученые начали активно интересоваться тем, как устроена и как работает генетическая программа развития организмов, которая превращает оплодотворенную яйцеклетку в зародыш, плаценту и другие важнейшие компоненты плода. Если ученые найдут в ней сбои, это поможет понять, как возникают многие формы бесплодия, а также узнать механизмы развития многих серьезных врожденных болезней.
Опыты на зародышах мышей и обезьян оказались бесполезны. Поэтому ученые ищут альтернативные способы для этого. К примеру, три года назад британские и корейские генетики впервые отредактировали ДНК жизнеспособных человеческих яйцеклеток и отключили один из ключевых генов, который связан с работой программы развития человека.
Белковый «выключатель» генов
Экспериментируя с недавно открытым геномным редактором CRISPR/Cas13d, Баззини и его коллеги выяснили, как аналогичных результатов можно добиться, не внося изменений в структуру генома зародыша. В отличие от других систем подобного типа, этот редактор специализируется на изменении или уничтожении нитей РНК, а не ДНК.
Благодаря этому его можно использовать для того, чтобы вносить временные изменения в геном клетки, повреждая или изменяя молекулы так называемой матричной РНК. Это своеобразные копии генов, которые образуются в ядре клетки и затем транспортируются в ее цитоплазму. Там их могут считывать рибосомы – компоненты клетки, которые отвечают за производство белка.
Соответственно, если повредить или изменить матричную РНК, то ген временно «отключится» или же его работа радикально изменится. Руководствуясь этой идеей, Баззини и его коллеги попытались поменять работу гена TBXTA, который управляет ростом хвоста зародыша рыбки данио-рерио, а также нескольких генов, которые отвечаюи за рост эмбриональных стволовых клеток.
Для решения этой задачи, как показали первые опыты с уже существующими вариациями белка Cas13d, ученые создали новую версию этой молекулы, которая могла эффективно работать в зародышах разных видов позвоночных животных. Этот вариант белка, который назвали RfxCas13d, успешно справился с возложенной на него задачей: резко замедлил рост хвоста у эмбрионов в первом случае, и полностью остановил их формирование во втором.
Последующие эксперименты с RfxCas13d, как надеются ученые, помогут им найти ответ на одну из важнейших загадок биологии – как молекулы РНК, которые оплодотворенная яйцеклетка унаследовала от матери, влияют на развитие зародыша. Эти молекулы исчезают в первые часы после формирования зиготы, что критически важно для того, чтобы запустить процесс ее деления, однако то, почему и как это происходит, биологи пока не знают.
Если ученые узнают ответы на эти вопросы, то смогут понять, как возникают многие случаи бесплодия, связанные с неправильной «очисткой» яйцеклетки от материнских молекул РНК. Это критически важно для создания методик, которые защищали бы зародыш от подобных проблем, заключает Баззини.
Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/9147729
