Новые РНК-нуклеотиды регулируют экспрессию генов

ДНК–РНК–белок. Так ли это? До недавнего времени схема кодирования генетической информации в наших клетках рассматривалась относительно прямолинейной: четыре «буквы» (A,G,C,T) для ДНК, четыре – А,G,C,U – для РНК. Однако оказалось, что все не совсем так.

Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature группой ученых из Университета Тель-Авива (Tel Aviv University, TAU), Медицинского Центра им. Шибы (Sheba Medical Center) (все Израиль) и Чикагского Университета (University of Chicago, США ), показало, что РНК, считавшаяся «слепком» с участка молекулы ДНК для синтеза белка, нередко появляется с дополнительными модификациями нуклеотидов, которые являются регуляторным ключом для контроля генетической экспрессии. Новое открытие предложит новый взгляд на различные функции РНК в клеточных процессах и вклад в развитие заболеваний.

«До недавнего времени предполагалось, что эпигенетика – регуляция экспрессии генов механизмами, отличными от первичной информации, закодированной в ДНК – опосредована модификациями белков и ДНК, – рассказывает профессор Гиди Речави (Gidi Rechavi), почетный профессор онкологии Медицинского Факультета Саклера (Sackler Faculty of Medicine) при TAU и руководитель Центра исследования рака (Cancer Research Center) Медицинского центра им. Шибы, – Новые открытия выводят РНК на центральное место в эпигенетике».

Исследование, возглавляемое профессором Речави и профессором Чуан Хе (Chuan He), являющегося исследователем в Медицинском Центре Ховарда Хьюса (Howard Hughes Medical Institute) при Чикагском Университете, является прорывом в понимании регуляции РНК.

«Эта находка открывает исследователям дверь в целый новый мир биологии, – говорит профессор Хе, – Эти модификации вносят существенный вклад почти в каждый биологический процесс».

Число модифицированных нуклеотидов РНК в десять раз больше, чем число таковых, найденное в ДНК. Но чем объясняется эволюционное развитие большого алфавита РНК? Молекулы РНК выполняют множество функций, включая хранение генетической информации, а также обладают каталитической, структурной и регуляторной активностями. Это резко отличается от важной, но единой функции ДНК, заключающейся в кодировании генетической информации.

«Около 140 различных модификаций РНК значительно повышают ее свойства и обусловливают существование различных типов РНК, такие как мРНК, рРНК, тРНК, миРНК, микроРНК и длинные некодирующие РНК, обеспечивающие разноплановые активности», – поясняет профессор Речави.

Группа профессора Речави еще 4 года назад начала с исследования особой модификации РНК – метильной группы в шестой позиции аденозина (m6A). Исследовательская группа показала, что эта модификация является специфичной для уникальных регионов молекул РНК и может «читаться» специфическими белками. Ученые также продемонстрировали, что описанная модификация динамична и отвечает на стимулы окружающей среды.

Эти открытия дополнили идентификацию группой профессора Хе (Чикагский Университет) фермента FTO, удаляющего m6A-отметки с мРНК. Демонстрация обратимого процесса, который декорирует мРНК и влияет на его стабильность, транслируемость, сплайсинг и локализацию, ознаменовала новую область эпигенетики РНК, известную как эпитранскриптомика.

В новой работе исследователи открыли еще одну динамическую модификацию РНК – метилирование аденозина в первой позиции (m1A). Необходимо отметить, что ранее была показана локализация этой модификации в «сигнальной» позиции около начала трансляции белка и связь с повышенным синтезом белков. Тысячи генов с этой модификацией позволяют клеткам регулировать экспрессию белков, необходимых для ключевых биологических процессов.

«Мы ожидаем, что разрушение нового регуляторного механизма связано с различными патологиями, такими как рак и нейродегенеративные заболевания», – отмечает профессор Речави.

В настоящее время научные группы изучают клеточные процессы, участвующие в создании и удалении m1A, а также биохимические пути, регулируемые новой модификацией РНК. В будущем они надеются исследовать роль метилирования m1A в эмбриональном развитии и его участие в развитии рака и нейродегенеративных заболеваниях.

По материалам American Friends of Tel Aviv University

Оригинальная статья:
Dan Dominissini, Sigrid Nachtergaele, Sharon Moshitch-Moshkovitz, Eyal Peer, Nitzan Kol, Moshe Shay Ben-Haim, Qing Dai, Ayelet Di Segni, Mali Salmon-Divon, Wesley C. Clark, Guanqun Zheng, Tao Pan, Oz Solomon, Eran Eyal, Vera Hershkovitz, Dali Han, Louis C. Doré, Ninette Amariglio, Gideon Rechavi, Chuan He. The dynamic N1-methyladenosine methylome in eukaryotic messenger RNA. Nature, 2016; DOI: 10.1038/nature16998