Выявлены новые функции Alu-повторов в клетке

Alu-повторы – это короткие повторяющиеся последовательности ДНК, на долю которых приходится около 10% человеческого генома. Их также называют «прыгающими генами» из-за способности перемещаться по всему геному, что позволяет рассматривать их в качестве двигателей эволюционного развития. Однако, долгое время Alu-повторы называли «мусорной» ДНК, поскольку, несмотря на то, что они транскрибируются в РНК, эти последовательности не кодируют белки и активно не участвуют в функционировании клетки. Научная группа под руководством Катарины Струб (Katharina Strub), профессора факультета естественных наук из Женевского Университета (University of Geneva, UNIGE, Швейцария), обнаружила две ключевые функции РНК Alu в человеческих клетках. Полученные данные опубликованы в двух статьях в журнале Nucleic Acids Research. РНК Alu способны присоединяться к специфическим белкам, формируя комплекс под названием Alu RNP. С одной стороны, этот комплекс позволяет клеткам адаптироваться к стрессу, обусловленному, например, химическим отравлением организма или вирусной инфекцией. С другой стороны, тот же самый комплекс учувствует в синтезе белков за счет регулирования числа активных рибосом. Это позволяет предположить, что комплекс Alu RNP может быть частью врожденной системы клеточной защиты от специфических типов вирусов.

Возникнув у млекопитающих от общего предка, Alu-повторы в процессе эволюции увеличили свою долю в геномах приматов и человека до 10%, в то время как в геноме грызунов их в 10 раз меньше. Эти короткие повторяющиеся последовательности ДНК являются важным источником генетического разнообразия благодаря их способности свободно перемещаться по геному. Именно поэтому их считают двигателями эволюции. Кроме этой жизненно важной функции, какие другие преимущества приобретает человеческий геном, имея такое большое число Alu-повторов, не кодирующих белки?

Alu-повторы транскрибируются в молекулы РНК, которые присоединяются к специфическим белкам. Это приводит к образованию комплекса Alu RNP. «Концентрация комплекса Alu RNP значительно увеличивается в ответ на стресс, вызванный отравлением организма или вирусной инфекцией. Функции комплекса Alu RNP не были известны, и нашей задачей было определить, играют ли эти комплексы активную роль в ответе организма на стресс», – говорит Катарина Струб, профессор кафедры клеточной биологии в UNIGE.

Защита организма от стресса

Клетки, переживающие стресс, реагируют на него путем временного формирования большого числа «стрессовых гранул», функция которых заключается в изоляции клеточных сигнальных белков с целью предотвращения гибели клетки. Кроме того, эти гранулы накапливают различные факторы (мРНК, РНК-связывающие белки и др.), необходимые для синтеза новых белков по мере нормализации условий в организме. «Когда мы обрабатываем человеческие клетки мышьяком, комплексы Alu RNP отсоединяются от белков, называемых SRP9/14. Высвободившиеся белки затем связываются с ключевыми компонентами клеточной машинерии по синтезу белков и участвуют в образовании стрессовых гранул», – говорит Одри Бергер (Audrey Berger), принимавшая участие в одном из исследований.

Каким образом РНК Alu помогают клеткам вернуться в состояние нормы? «После стресса клетки активно синтезируют большое количество РНК Alu, которая затем присоединяется к белкам SRP9/14, чтобы сформировать комплексы Alu RNP. Это приводит к высвобождению компонентов, заключенных в стрессовых гранулах, и помогает возобновить синтез белков в клетке», – комментирует Бергер. Таким образом, РНК Alu участвуют в образовании и диссоциации стрессовых гранул.

Участие в борьбе против вирусов

Когда клетку инфицируют такие вирусы, как ВИЧ и гепатит С, они блокируют синтез белков клетки и начинают синтез собственных белков. Многие вирусные РНК захватывают специфические рибосомальные последовательности, называемые IRES, что позволяет вирусам непосредственно использовать рибосомы для синтеза собственных белков.

Ученые выяснили, что в случае инфицирования клетки комплексы Alu RNP выполняют защитную роль. «Они препятствуют образованию вирусных белков, инактивируя рибосомы до того момента, как они будут захвачены вирусной РНК через последовательности IRES», – говорит исследователь Елена Иванова (Elena Ivanova), один из авторов второго исследования. Благодаря этому механизму клетки, в которых увеличилась экспрессия РНК Alu после проникновения определенных типов инфекции, синтезируют намного меньше вирусных частиц.

По мнению авторов, комплексы Alu RNP могут быть компонентом врожденной системы клеточной защиты от специфических вирусов. Кроме того, эти комплексы нужны клеткам для адаптации к условиям стресса, а также во время синтеза белков благодаря их участию в регуляции числа активных рибосом.

По материалам Université de Genève

Оригинальная статья:
Elena Ivanova, Audrey Berger, Anne Scherrer, Elena Alkalaeva, and Katharina Strub. Alu RNA regulates the cellular pool of active ribosomes by targeted delivery of SRP9/14 to 40S subunits. Nucleic Acids Research, February 2015 DOI: 10.1093/nar/gkv048