Новое исследование Университета Рокфеллера, опубликованное 18 марта в журнале Nature, показывает, как клетки сортируют петли, предназначенные для кодирования малых РНК, известных как микроРНК, путем пометки их химической группой. Поскольку микроРНК помогают контролировать процессы во всем организме, это открытие имеет широкие последствия для развития, здоровья и болезней, включая рак, отправную точку для этого исследования.
"Работа в нашей лаборатории и в других местах показала изменения в уровнях микроРНК при ряде раковых заболеваний. Чтобы лучше понять, как и почему это происходит, нам нужно сначала ответить на более простой вопрос и более пристально взглянуть на то, как клетки обычно идентифицируют и обрабатывают микроРНК », – говорит автор исследования Сохаил Тавазойе, доцент Леона Хесса, старший лечащий врач и глава отделения Лаборатория системной биологии рака им. Элизабет и Винсента Мейеров. "Клаудио Аларкон, научный сотрудник моей лаборатории, обнаружил, что клетки могут увеличивать или уменьшать количество микроРНК, используя определенную химическую метку."
РНК, давно известная как посредник между ДНК и белками, оказалась универсальной молекулой.
Ученые открыли ряд молекул РНК, в том числе микроРНК, которые регулируют экспрессию генов. МикроРНК кодируются в геноме как ДНК, а затем транскрибируются в молекулы РНК петли шпильки, известные как первичные микроРНК. Эти петли затем обрезаются для образования предшественников микроРНК.
Чтобы выяснить, как клетки узнают, какие петли шпильки нужно обрезать, Аларкон решил искать модификации, которые клетки могут внести в молекулы РНК, которым суждено стать микроРНК.
Используя программное обеспечение для биоинформатики, он просканировал необычные закономерности в необработанных последовательностях РНК. Последовательность GGAC, код для оснований гуанин-гуанин-аденин-цитозин, выделялась тем, что с удивительной частотой появлялась в необработанных первичных микроРНК. GGAC, в свою очередь, привел исследователей к ферменту, известному как METTL3, который маркирует сегменты GGAC химическим маркером, метильной группой, в определенном месте на аденине.
"Когда мы пришли к METTL3, все стало понятно. Метил в аденозинах (метка m6A) является наиболее распространенной известной модификацией РНК.
Известно, что METTL3 способствует стабилизации и обработке информационной РНК, которая транскрибируется с ДНК, но предполагается, что он делает гораздо больше », – говорит Аларкон. "Теперь у нас есть доказательства третьей роли: процессинга первичных микроРНК."
В серии экспериментов исследователи подтвердили важность метильной метки, обнаружив высокие ее уровни около всех типов необработанных микроРНК, предполагая, что это общая метка, связанная с этими молекулами. Когда они снижали экспрессию METTL3, накапливались необработанные первичные микроРНК, что указывает на то, что действие метки фермента было важным для процесса.
И, работая в культуре клеток и в биохимических системах, они обнаружили, что первичные микроРНК обрабатываются намного эффективнее в присутствии метильных меток, чем без них.
«Клетки могут удалять эти теги, а также добавлять их, поэтому в ходе этих экспериментов был выявлен переключатель, который можно использовать для увеличения или уменьшения уровней микроРНК и, как следствие, изменения экспрессии генов», – говорит Тавазой. «Мы не только видим аномалии микроРНК при раке, но и уровни METTL3 могут быть изменены, что предполагает, что этот путь может управлять прогрессированием рака."