TALE ima v rokavu nove trike: odkrili so jih slovenski znanstveniki

Znanstveniki na Kemijskem inštitutu so ugotovili, da ima TALE nekatere zelo uporabne lastnosti. Z dodatkom ustrezne proteinske domene lahko proteine TALE spremenijo v aktivatorje ali zaviralce katerega koli gena, zaradi česar so zelo uporabni za medicinsko terapijo in biotehnologijo.

Objavljeno
20. november 2018 18.40
Posodobljeno
20. november 2018 18.43
TALE FOTO: Kemijski Inštitut
S. S.
S. S.
Tehnologijo TALE, s katero so znanstveniki dosegli že nekaj odmevnih medicinskih in biotehnoloških uporab, je v zadnjem času nekoliko zasenčila tehnologija CRISPR, ki omogoča enake aplikacije kot TALE proteini, vendar je lažja za uporabo. A proteini TALE so sposobni nekaterih dodatnih trikov, kar bi jim lahko pomagalo pri povratku v središče pozornosti, menijo na Kemijskem inštitutu.

Ekipa slovenskih znanstvenikov je namreč odkrila, da ob vezavi dveh proteinov TALE na sosednji mesti, tisti protein, ki se nahaja na levi, z DNK izpodrine TALE protein, ki je vezan na desni, ne pa tudi obratno.

»Predstavljajte si vrsto majhnih stolov z osebo, ki sedi na enem stolu. Če se usedete na stol levo od osebe, ki že sedi je ta stol za vas nekoliko premajhen, zato dregnete soseda, ki mora vstati. Običajno bi vas ta oseba lahko dregnila nazaj in bi morali vstati vi, v primeru TALE pa to deluje le v eni smeri. TALE protein na levi lahko izpodrine tistega, ki je vezan na DNK na njegovi desni. To je primer načrtovanja molekulskega izpodrivanja, ki smo ga odkrili v naših raziskavah in ugotovili, da ga je mogoče uporabiti še za druge zanimive namene,« je slikovito razložil Roman Jerala, vodja Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani, ki je vodil študijo, objavljeno v znanstveni reviji Nature Chemical Biology.

image
Dr. Tina Lebar jemlje svoje raziskave zelo resno in tako ima na roki tetoviran TALE, CRISPR in logične funkcije. FOTO: Kemijski Inštitut
Poleg pojasnitve mehanizma polariziranega izpodrivanja, so raziskovalci pokazali, da je ta lastnost TALE proteinov lahko zelo koristna za uravnavanje izražanja genov. Tina Lebar, prva avtorica raziskave in podoktorska raziskovalka v skupini prof. Jerale, je dodala: »Ugotovili smo, da lahko naredimo še dodaten korak. Dodatek tretjega TALE proteina na levi povzroči izpodrivanje desnega soseda, kar omogoči ponovno vezavo TALE proteina na skrajni desni. Podobno kot pri podiranju domin, le da pade samo vsak drugi domino. Pokazali smo, da to deluje celo s petimi sosednjimi TALE, kar je bilo nepričakovano in zelo zanimivo. Ugotovili smo, da ta mehanizem lahko uporabimo za kodiranje logičnih funkcij, kot so na primer OR, AND ali NAND, s temi pa lahko uravnavamo odziv človeških celic na zunanje signale in obdelavo informacij v celicah.«

Delovanje na osnovi usmerjenega izpodrivanja je bolj učinkovito in hitrejše, so poudarili v raziskovalni skupini Kemijskega inštituta, ki so že pred leti pokazali izvedbo logičnih funkcij v človeških celicah. Pomembna dodatna prednost je, da je takšna vrsta uravnavanja genov zelo natančna. V nasprotju z nekaterimi drugimi doslej uporabljanimi metodami z mehanizmom usmerjenega izpodrivanja lahko utišamo samo izbrani gen, medtem ko sosednji geni ostanejo aktivni, so še pojasnili.

Animacija, kako deluje TALE:


 

TALE lahko pomaga CRISPR

 
»Kaže, da je polarizirano izpodrivanje edinstveno za TALE proteine, raziskovalci pa so ga uporabili tudi za izpodrivanje drugih proteinov z DNK, med drugim za preprečevanje nastanka kompleksa CRISPR. Tehnologija CRISPR je močno orodje v molekularni biologiji, ki jo znanstveniki uporabljajo pretežno za cepitev tarčne DNK in izbitje genov v celicah. Pomemben problem te tehnologije cepitev DNK na neželenih mestih. Mehanizem izpodrivanja s TALE proteini lahko uporabimo tudi za zaščito genoma pred neželeno cepitvijo s tehnologijo CRISPR, kar bi močno prispevalo k bolj varni in zanesljivi genski terapiji,« so raziskovalci zapisali v sporočilu za javnost.

Razdruževanje molekulskih kompleksov prek vezave drugih molekul je en od pomembnih naravnih principov in ​​ta raziskava je verjetno prvi primer, ko je bilo molekulsko izpodrivanje zasnovano in uporabljeno za povsem nov namen. Raziskovalci menijo, da je to odkritje pomembno tako za razumevanje mehanizma dinamike preureditve molekulskih kompleksov v naravi kot tudi za ​​povečanje natančnosti, varnosti in učinkovitosti celične terapije ali za biotehnološko uporabo.

Kaj je TALE?
Lastnosti celic in celotnih organizmov v veliki meri določa genom, ki vsebuje program DNK. Dejavnost tisočerih genov uravnavajo proteini, ki se vežejo na DNK v njihovi neposredni bližini. S pomočjo sintezne biologije lahko uravnavajo izražanje genov tako, da uporabijo načrtovane proteine, ki se ciljno vežejo na izbrano tarčno zaporedje DNK. Pred desetletjem so znanstveniki razvozlali kodo prepoznavanja DNK zaporedja za proteine imenovane TALE (okrajšava za Transcription Activator-Like Effector), odkrite v bakterijah, ki napadajo rastline. Razumevanje te kode je znanstvenikom omogočilo načrtovanje in pripravo TALE proteinov, ki se vežejo na praktično katerokoli izbrano zaporedje DNK. Z dodatkom ustrezne proteinske domene lahko proteine TALE spremenijo v aktivatorje ali zaviralce katerega koli gena, zaradi česar so zelo uporabni za medicinsko terapijo in biotehnologijo, so razložili na Kemijskem inštitutu. 


Raziskavo je podprla Agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.