Ученые аннотировали значительную часть микроРНК

МикроРНК – короткие некодирующие молекулы РНК, которые играют важную роль в регуляции экспрессии генов в норме и при различных заболеваниях. До настоящего момента довольно мало было известно о том, как происходит регуляция самих микроРНК, поскольку их гены плохо определены. В исследовании, результаты которого были опубликованы он-лайн в журнале Genome Research, ученые разработали стратегию полногеномного аннотирования первичных транскриптов микроРНК, что позволило получить обширные новые аннотации этих молекул у человека и мыши и больше узнать о механизмах регуляции экспрессии генов микроРНК.

Несмотря на то, что длина зрелых микроРНК составляет не более 22 нуклеотидов, длина их транскриптов оценивается сотнями тысяч пар нуклеотидов. Первичные транскрипты микроРНК, или пре-микроРНК, быстро превращаются в зрелые микроРНК из так называемых шпилек, расположенных в экзонах или интронах пре-микроРНК транскриптов. Поскольку процессинг происходит очень быстро, стандартные методы, такие как полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (RT-PCR) или секвенирование РНК, выявляют полноразмерные пре-микроРНК с плохой чувствительностью. Поэтому особенности многих генов микроРНК, например, промоторы или сайты соединения, плохо изучены, что мешает пониманию их транскрипционной и пост-транскрипционной регуляции.

Чтобы преодолеть эту сложность, исследователи из Юго-Западного Медицинского Центра при Университете Техаса (University of Texas Southwestern Medical Center, США) и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University, США) стабилизировали пре-микроРНК с помощью экспрессии доминантной негативной формы фермента DROSHA – фермента РНКазы III, ответственного за расщепление пре-микроРНК – в различных клеточных линиях человека и мыши. С помощью глубокого секвенирования ядерной РНК и применения вычислительного инструмента StringTie для сборки транскриптов, исследователи смогли аннотировать 69% молекул микроРНК человека и 75% микроРНК мыши. Недавно аннотированные пре-микроРНК генных структур можно визуализировать с помощью стандартных геномных браузеров, включая UCSC Genome Browser.

«Одна из замечательных особенностей первичных микроРНК – их очень большая длина, даже в тех случаях, когда они функционируют только для того, чтобы синтезировать микроРНК длиной не более 22 нуклеотидов, – говорит Джошуа Мендель (Joshua Mendell), один из авторов исследования. – Хотя синтез таких длинных РНК, большинство из которых немедленно деградирует, выглядит расточительным, такая организация процесса могла возникнуть для того, чтобы существовали более сложные механизмы регуляции кодируемой микроРНК».

Несмотря на общепринятое мнение, что кластерные микроРНК транскрибируются вместе, исследователи нашли доказательства того, что несколько межгенных консервативных кластеров микроРНК человека имеют альтернативные промоторы. «Мы были удивлены, обнаружив случаи, когда такие микроРНК могут быть альтернативно ко-транскрибированы или транскрибируемы по отдельности в зависимости от того, какой промотор используется», – говорит Мендель.

Исследователи классифицировали пре-микроРНК в три крупные группы на основании генной структуры: класс I – пре-микроРНК, которые транскрибируются независимо от других генов и, вероятно, представляют собой самостоятельные единицы транскрипции; класс II – пре-микроРНК, которые транскрибируются как продолжение белок-кодирующего гена; класс III – пре-микроРНК, которые транскрибируются как продолжение некодирующей РНК.

Новые аннотации позволят исследователям разрешить вопросы, связанные с транскрипционной сложностью регуляции микроРНК, например, как может регулироваться промотор микроРНК, или как сплайсинг влияет на экспрессию микроРНК. «Возможно, эти данные покажут, что некоторые варианты последовательности ДНК, ранее ассоциированные с развитием заболеваниями, на самом деле находятся в пределах ранее нераспознанного первичного гена микроРНК, посредством чего повышается вероятность того, что подобные варианты могут влиять на экспрессию кодируемой микроРНК», – говорит Мендель.

По материалам Cold Spring Harbor Laboratory

Оригинальная статья:
Chang TC, Pertea M, Lee S, Salzberg SL, Mendell JT. Genome-wide annotation of microRNA primary transcript structures reveals novel regulatory mechanisms. Genome Res, August 2015 DOI: 10.1101/gr.193607.115