5′-locket är ett kännetecken för eukaryota mRNA som styr translationsinitiering. a, Viktiga steg i översättningsinitiering. Den eukaryota translationsinitieringsfaktorn eIF4E binder direkt till 5′-locket. Det heterotrimera eIF4F-komplexet sätts ihop på 5′-kåpan, vilket leder till bindning av 40S-ribosomalsubenheten, sammansättning av den eukaryota 80S-ribosomen och translationsinitiering. b, eukaryot mRNA med cap 0-strukturen med ett igenkänningsställe för eIF4E, stället som används för kemisk modifiering i denna studie och den första transkriberade nukleotiden. c, Struktur för eIF4E, som belyser molekylära interaktioner för cap 0-igenkänning. d, Konceptet med FlashCaps för ljusinducerad översättning. En enda fotoklyvbar grupp (röd triangel) vid locket 0 försämrar bindningen till eIF4E. FlashCaps är kompatibla med rutinprotokoll för transkription och transfektion. Efter ljusinducerad avskyddning frisätts och translateras det nativa mRNA:t med ett 5'-lock 0. UTR, oöversatt region; PABP, poly(A)-bindande protein; ORF, öppen läsram. Kredit:Nature Chemistry (2022). DOI:10.1038/s41557-022-00972-7
Ett team av forskare vid Institute of Biochemistry vid Münster University upptäckte att de genom att använda så kallade FlashCaps kunde kontrollera översättningen av mRNA med hjälp av ljus. Resultaten har publicerats i Nature Chemistry .
DNA (deoxiribonukleinsyra) är en lång kedja av molekyler som består av många enskilda komponenter, och den utgör grunden för livet på jorden. DNA:s funktion är att lagra all genetisk information. Översättningen av denna genetiska information till proteiner – som en organism behöver för att fungera, utveckla och reproducera – sker via mRNA (budbärarribonukleinsyra). DNA:t transkriberas till mRNA, och mRNA:t översätts i sin tur till proteiner (proteinbiosyntes). Med andra ord fungerar mRNA:t som en informationsbärare. Biokemister vid universitetet i Münster har nu utvecklat ett nytt biokemiskt verktyg som kan kontrollera translationen av RNA med hjälp av ljus. Dessa så kallade FlashCaps gör det möjligt för forskare att kontrollera en mängd olika processer i celler både spatialt och temporärt och, som ett resultat, att bestämma grundläggande funktioner hos proteiner.
Bakgrund och metod som används
En cells funktioner beror på speciella molekyler – enzymerna. Enzymer är proteiner som är involverade i kemiska reaktioner i cellen. De hjälper till att syntetisera metaboliska produkter, göra kopior av DNA-molekyler, förbereda energi för en cells aktiviteter, modifiera DNA och bryta ned vissa molekyler. För att utveckla ett verktyg som gör det möjligt för forskare att avgöra inte bara vilka enzymer som fyller vilka funktioner, utan också vad som händer när dessa bara aktiveras inom vissa områden, forskarteamet ledd av prof. Andrea Rentmeister från Institutet för biokemi vid Münster University använde kemiskt syntetiserade FlashCaps. FlashCaps är utrustade med en så kallad fotolabil skyddsgrupp – kemiska grupper som kan avlägsnas genom bestrålning med ljus – och inkorporeras i mRNA under RNA-syntes.
Det speciella med denna strategi är att här, till skillnad från andra studier, behöver ingen modifiering av mRNA-sekvensen ske. Allt som krävs är inkorporeringen av en liten molekyl (FlashCap) för att nästan helt blockera translationen av ett långt mRNA. Efter bestrålning med ljus sker en återgång till det naturliga mRNA - utan några modifieringar. "Genom att använda våra FlashCaps", förklarar Nils Klöcker, en av huvudförfattarna till studien och doktor. student vid Institute of Biochemistry, "det är nu möjligt för varje laboratorium i världen att aktivera valfritt mRNA av intresse med ljus utan några extra steg."
Med hjälp av utarbetad organisk-kemisk syntes kunde teamet av Münster-forskare utveckla FlashCaps - en molekyl för att kontrollera mRNA-translation med hjälp av ljus. De visade att denna strategi effektivt hämmar översättningen och, efter bestrålning med ljus i celler, återaktiverar den. Skillnaden mellan detta tillvägagångssätt och andra strategier är inte bara att FlashCaps kan användas av varje laboratorium – utan att någon speciell expertis eller speciella protokoll eller modifieringar är nödvändiga – utan också att mRNA:t, efter att ha blivit bestrålat, finns i sin naturliga struktur, vilket gör det lättare att studera naturliga processer i celler.
I sitt arbete visade forskarna att de kunde använda FlashCaps för att framgångsrikt kontrollera översättningen av mRNA med hjälp av ljus. De visade detta för fyra olika mRNA i två olika cellinjer. "Detta representerar betydande framsteg när det gäller att göra det möjligt för andra forskare att ha rumslig och tidsmässig kontroll över översättningen av mRNA de forskar om", säger Florian Weissenböck, likaså från Institutet för biokemi. "FlashCaps har potential att utöka utbudet av metoder som används i varje mRNA-labb." + Utforska vidare
