Химические метки управляют процессингом микроРНК

В отличие от ДНК, две нити которой естественным образом сворачиваются в спираль, молекула РНК способна формировать шпилькоподобные петли. ДНК имеет лишь одно предназначение – хранение и реализацию генетической информации, но РНК способна играть множество ролей, в частности, роль предшественницы малых молекул, блокирующих активность генов. Эти малые РНК должны быть вырезаны из крупных шпилькоподобных структур, в связи с чем возникает вопрос – откуда клеткам известно, какую петлю РНК нужно «пустить в обработку», а какую – нет?

В ходе нового исследования, проведенного в Рокфеллеровском Университете (Rockefeller University, США), результаты которого опубликованы в журнале Nature, был раскрыт механизм сортировки петель, предназначенных для кодирования малых РНК, известных также как микроРНК, заключающийся в их мечении химической группой. В связи с тем, что микроРНК участвуют в контроле различных процессов по всему организму, это открытие имеет широкий спектр применения, в том числе, терапии и онкологии, отмечается в исследовании.

«Работы нашей и других лабораторий показали изменения в уровне микроРНК при ряде онкологических заболеваний. Для того, чтобы лучше понять, как и почему это происходит, нам необходимо сначала ответить на более фундаментальный вопрос и подробнее изучить, как клетки процессируют микроРНК в норме, – говорит один из авторов исследования Соаил Тавазои (Sohail Tavazoie), доцент, главный врач и руководитель Лаборатории Системной Онкобиологии Элизабет и Винсента Майер (Elizabeth and Vincent Meyer Laboratory of Systems Cancer Biology), – Научный сотрудник моей лаборатории Клаудио Аларсон (Claudio Alarcón) установил, что клетки могут уменьшать или повышать количество микроРНК, используя специализированные химические метки».

РНК является разносторонней молекулой. Исследователи открыли множество молекул РНК с разными функциями, включая микроРНК, регулирующие экспрессию генов – они комплементарно спариваются с участками мРНК и ингибируют их трансляцию. МикроРНК закодированы в последовательности ДНК и транскрибируются в шпилькоподобные молекулы, известные как первичные микроРНК. Затем петли слипаются, образуя предшественницы микроРНК.

Для выяснения механизма, как именно клетки выбирают петли для вырезания, Аларсон решил проверить модификации молекул РНК, предназначенных для дальнейшего формирования микроРНК. Используя специальную компьютерную программу, исследователь занялся поиском необычных последовательностей в непроцессированных последовательностях РНК. Особенно выделялась группа GGAC, кодирующая последовательность аминокислот гуанин-гуанин-аденин-цитозин, поскольку она появляется с удивительной частотой в непроцессированных первичных микроРНК. GGAC, в свою очередь, привела исследователей к ферменту METTL3, помечающему участки GGAC, в частности, на аденине, химическим маркером – метильной группой.

«Как только мы дошли до METTL3, все обрело смысл. Метильная группа на аденозине (метка m6А) является наиболее часто встречающейся модификацией РНК. Известно, что METTL3 вносит вклад в стабилизацию и процессинг мРНК, транскрибируемой с ДНК, но предполагалось, что он имеет больше функций, – рассказывает Аларсон, – Теперь у нас есть доказательства еще одной функции: процессинга первичных микроРНК».

В серии экспериментов ученые подтвердили важность метильной метки, обнаружив ее высокую встречаемость на всех типах непроцессированных микроРНК, что наводило на мысль об этой группе как генетической отметке, связанной с этими молекулами. При снижении экспрессии METTL3 накапливаются непроцессированные молекулы микроРНК, что указывает на важность метящей активности фермента в этом процессе. Кроме того, работая с культурой клеток и биохимическими системами, ученые установили, что первичные молекулы микроРНК процессировались гораздо эффективнее в присутствии метильных меток, чем без нее.

«Клетки могут как удалять эти метки, так и добавлять их, поэтому в этих экспериментах был обнаружен переключатель, который может использоваться для повышения или понижения уровня микроРНК и, таким образом, изменять экспрессию генов, – комментирует Тавазои, – При опухолях вы видите аномалии не только в микроРНК. Уровни METTL3 могут также изменяться, что позволяет предположить, что эти пути могут управлять прогрессией рака».

Ученые обнаружили фермент METTL3 (зеленого цвета), помечающий определенные последовательности внутри молекул РНК, предназначенных стать генорегуляторными микроРНК. METTL3 находится и в клеточном ядре (синего цвета), и снаружи ядра клетки, в цитоплазме, как показано выше). (фото: Laboratory of Systems Cancer Biology at The Rockefeller University)

По материалам Rockefeller University

Оригинальная статья:
Claudio R. Alarcón, Hyeseung Lee, Hani Goodarzi, Nils Halberg, Sohail F. Tavazoie. N6-methyladenosine marks primary microRNAs for processing. Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14281