پویایی mRNA در سطح تک سلولی

دانشمندان درک خوبی در مورد نحوه ساخته شدن و انتقال mRNA دارند، اما رفتار آن در داخل سلول کمتر شناخته شده است. در حال حاضر، دو مقاله ای که اخیرا منتشر شده است روش جدیدی برای دنبال کردن مسیر هایی که mRNA طی می کند را منتشر کرده است و بینش های جدیدی را برای تنظیم ترجمه از طریق جداسازی mRNA پیشنهاد می کند.  

به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی، محققان موش تراریخته ای را ایجاد کرده اند که در آن همه مولکول های mRNA ی β-actin به روش فلوئورسانس برچسب گذاری شده اند، و از آن استفاده شد تا مشخص شود که چگونه رونویس ها از ذخیره ترجمه در سلول های عصبی منفرد آزاد می شوند. این یافته ها در دو مقاله در شماره ژانویه Science منتشر شد.

Erin Schuman (مدیر عامل موسسه ماکس پلانک مرتبط با تحقیقات مغز که در این مطالعه وارد نشده بود) عنوان کرد که این استراتژی بهترین رویکرد ممکن در درک رفتار mRNA های آندوژن است.

اگر چه β-اکتین در سراسر بدن یافت می شود ولی یک نقش ویژه در یادگیری و حافظه ایفا می کند. mRNA های β-اکتین در مغز و در سلول های عصبی آماده به کار هستند و برای تغییر شکل اتصالات سیناپسی در پاسخ به محرک ها انتظار می کشند.

تصور می شود که mRNA ی β- اکتین در داخل گرانول هایی ذخیره شده است که با RNA و ریبوزوم پیدا شده پر شده اند. با این حال، اگر چه پژوهشگران از روش های بیوشیمیایی استفاده کردند تا سلول ها را در هم بریزد، ولی مطمئن نیستید که چگونه β-اکتین (و یا دیگر RNA های ماسک دار) در زمان و مکان مناسب در دسترس هستند.

به گفته Robert Singer (نویسنده ارشد هر دو مقالات و استاد آناتومی و بخش زیست شناسی ساختاری در دانشکده پزشکی آلبرت انیشتین در دانشگاه Yeshiva)، تلاش برای نشان دار کردن mRNA ها در موش وقت گیر، گران قیمت و پر از ریسک است.

در مطالعه جدید، محققان با استفاده از انتقال ژن لنتی ویروس، موش های جهش یافته ای را ایجاد کردند، این انتقال بخاطر درج حلقه های بنیادی زیادی از باکتریوفاژ به انتهای دم ژن β-اکتین بود.

 دانشمندان با تعجب مشاهده کردند که موش تغییر ژنتیکی یافته تفاوتی در رفتار و یا سلامت عمومی موش نوع وحشی نشان نمی دهند. Singer اعلام کرد که این بسیار قابل توجه است، او در مورد انعطاف پذیری این سیستم بیولوژیکی می گوید و اینکه این سیستم می تواند تمام این بار اضافی را بر روی یک مولکول ضروری تحمل کند.

سایر مقاله های گروه Singer نشان داد که در زمان استراحت، تشخیص mRNA های β-اکتین در سلول های عصبی بر خلاف مولکول های مشابه در سلولهای گلیال دشوار است. Singer می گوید: این یک سیستم بسیار ظریف است و مانند نوعی گل است که به سرعت باز و بسته می شود.  RNA فقط 7 یا 10 دقیقه در دسترس است و پس از آن نابود می شود. نتایج، حمایت کننده این ایده است که در سلول های عصبی، β-اکتین به طور معمول در دانه های موجود در مهره های دندریتیک گره خورده است و زمانی که پروتئین در سلول مورد نیاز است محرک های یادگیری و حافظه به طور موقت mRNA را آشکار می کنند.

تیم Singer در حال کار بر روی گسترش مشاهدات خود در داخل بدن موش است. آنها همچنین بصورت الکتریکی تکه های حاد مغز را برای بررسی دقیق تر نحوه روشن شدن ژن ها تحریک کردند.

از آنجایی که β- اکتین در سراسر بدن یافت می شود موش ها برای بررسی انواع سلول های دیگر مانند عضلات و کبد، و مقایسه نحوه تنظیم ژن های مشابه در بافت های مختلف مفید می باشد.

به گفته Schuman: استراتژی کلی برای ایجاد این نوع مدل موش می تواند برای مطالعه ژن های دیگر مفید باشد. با این که اشاره نشده است که همه mRNA هایی که ساقه - حلقه را در 3'UTR  تحمل می کنند
با این حال گروه Singer با موفقیت موش دیگری را ایجاد کردند که در آن از mRNA برای قوس (یک پروتئین ضروری دیگر برای حافظه) با یک برچسب قرمز فلورسنت نشاندار شده است. آنها قصد داشتند تا از قوس و موش برچسب دار شده با β – اکتین استفاده کنند تا به این مطالعه بپردازند که چگونه mRNA های مختلف توسط یک سلول و یا در پاسخ به محرک های خاص قصد استفاده از موش از mRNA برچسب قوس و β-اکتین به مطالعه و بررسی چگونگی مختلف انجام می شود.

منبع:

1. H. Y. Park et al., “Visualization of dynamics of single endogenous mRNA labeled in live mouse,” Science, 343:422-4.
2. A. R. Buxbaum et al., “Single β-actin mRNA detection in neurons reveals a mechanism for regulating its translatability,” Science, 343:419-22, 2014.
3. G. Akbalik and Schuman, E. M. “Molecular biology. mRNA, live and unmasked,” Science, 343:375-6, 2014.