N+1Наука

Коллекционер ДНК

Как биологи открыли эксклюсому — новую структуру в клетках млекопитающих

Дмитрий Данилов

В конце прошлого года ученые из Института биохимии в Швейцарии описали в статье журнала Molecular Biology of the Cell ранее неизвестную органеллу. Обнаруженный «микроконтейнер» изолирует чужую ДНК, которая попадает в клетку с инфекционными агентами (бактериями, ДНК-содержащими вирусами) или вводится искусственно в экспериментальных и терапевтических целях.

Новый компартмент назвали эксклюсомой (от excluding — исключать и cytosome — мелкая гранула в эукариотической¹ клетке). Вместе с биологом Дмитрием Даниловым разбираемся, что именно открыли исследователи, действительно ли это новая органелла и поможет ли она наладить производство полезных белков в клетке.

1. Клетка с ядром у животных, насекомых, грибов, растений и прочих многоклеточных существ

Подселяем чужую ДНК в клетку

Последние 50 лет ученые экспериментируют с внедрением кольцевой, или плазмидной², ДНК в эукариотические клетки. Это ключевой процесс в молекулярной биологии — его применяют в разработке лекарств, генной терапии и производстве вакцин. Кольцевую ДНК помещают в клеточную цитоплазму, чтобы запустить экспрессию рекомбинантных генов и синтезировать белок с заданными свойствами. Доставить ДНК в клетку можно разными способами: химическими, прямой инъекцией в ядро или с помощью электропорации³. Но при любом из методов белок синтезируется очень недолго, и это ограничивает применение технологии. Над решением этой проблемы работали многие биологи, и только нескольким группам удалось приблизиться к ответу на вопрос: почему так происходит.

2. Небольшие молекулы ДНК кольцевой формы, отличные от хромосом и способные к автономной репликации. Встречаются в основном у бактерий, а также у некоторых грибов и растений

3. Метод, при котором поры в мембране создают с помощью электрического поля

В 2005 году ученые из Университета Хиросимы поместили плазмиду в клеточное ядро эукариот и наблюдали, что с ней случится. До их эксперимента защитная реакция клетки на постороннюю ДНК была хорошо изучена лишь у прокариот (бактерий).

Японские исследователи снабдили плазмиды флуоресцентными метками и микроинъекциями внедрили их в ядро мышиных клеток и клеток человеческой аденокарциномы. Ученые увидели, что кольцевые ДНК всегда мигрируют из ядра в цитоплазму и сохраняются там в неизменном виде долгое время — иногда до года. Тогда они предположили, что есть какая-то транспортная система, которая переносит чужую ДНК из клеточного ядра в цитоплазму.

Спустя десять лет, в 2015 году, другой японский коллектив из Университета Осаки изучил механизмы захвата чужой ДНК. Исследователи выяснили, что сразу после внедрения плазмиды в цитоплазму человеческой клетки ее захватывает белок BAF⁴. Он подавляет репликацию инородной ДНК и экспрессию генов с плазмиды. Ученые также заметили мембрану вокруг плазмиды — по структуре та была похожа на ядерную оболочку.