Трое – толпа. Используя метод, который молекулярно связывает белок Argonaute (серый) с матричной РНК (синий), ученые нанесли на карту точное расположение микроРНК (красный) в геноме мыши. Понимание того, где связываются микроРНК, может помочь ученым разработать способы выключения проблемных генов, например связанных с раком.
МикроРНК – новейший ребенок в генетическом блоке. Регулируя разархивирование генетической информации, эти крошечные молекулы зажгли научный мир такими широкими применениями, как лук, который не может заставить вас плакать, и терапевтический потенциал для новых методов лечения вирусных инфекций, рака и дегенеративных заболеваний. Но остается вопрос: как они работают??
В исследовании, которое должно появиться в онлайн-выпуске журнала Nature от 17 июня, Роберт Б. Дарнелл, руководитель Лаборатории молекулярной нейроонкологии, и его команда из Университета Рокфеллера дают долгожданный ключ к ответу на этот вопрос. Используя технику, которая молекулярно связывает белки с РНК, команда расшифровала карту взаимодействий микроРНК и РНК-мессенджера в головном мозге, что открывает многообещающие перспективы для биологии и болезней человека, например, путем подавления генов, вызывающих проблемы, связанных с болезнью.
МикроРНК переписали правила экспрессии генов в 2001 году, когда было обнаружено, что они связываются с матричной РНК и останавливают производство белка – процесс, называемый РНК-интерференцией. К 2006 году, когда за открытие РНК-интерференции была присуждена Нобелевская премия по медицине, ученые всего мира даже сузили первичный сайт действия микроРНК примерно до конца транскрипта РНК. Что ученые не смогли определить, так это точную последовательность нуклеотидов, с которыми микроРНК связываются с помощью транскрипта информационной РНК.
«Чтобы точно понять, как работают микроРНК, вам нужно знать их точные мишени», – говорит Дарнелл, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и профессор Роберта и Харриет Хейлбрунн в Рокфеллере. «Вам нужна карта, которая сообщает вам, какие информационные РНК нацелены на каждую микроРНК и где именно они связываются.”
Проблема заключалась в том, что на любой данной матричной РНК существует множество сайтов, с которыми теоретически может связываться одна микроРНК, и в каждой клетке есть сотни микроРНК. Как объясняет Дарнелл, предыдущие методы – в первую очередь основанные на компьютерных прогнозах – не очень хорошо справлялись с сортировкой в болоте прогнозов для определения реальных участков. Уловка для получения такой карты заключалась в том, чтобы заморозить снимок микроРНК, непосредственно связанных с матричной РНК в живых клетках. Именно это и сделали Дарнелл и его команда, работая конкретно с тканями мозга мышей, используя метод, разработанный лабораторией, который называется высокопроизводительной иммунопреципитацией с перекрестным связыванием последовательностей, или HITS-CLIP.
Чтобы отключить ген до того, как он транслируется, микроРНК должны быть направлены к их целевым информационным РНК через белок, называемый Argonaute. Комплекс Argonaute-микроРНК-мессенджер РНК теперь образует сэндвич-структуру, в которой микроРНК сжата посередине. Используя свою технику слияния Argonaute с этими двумя РНК, команда затем смогла идентифицировать связанную микроРНК и ее точные целевые сайты во всех информационных РНК, экспрессируемых в мозге мыши.
Исследователи, в том числе первый автор Сон-Ук Чи, аспирант Трехинституциональной программы вычислительной биологии, Джули Занг, биомедик, и Альдо Меле, научный сотрудник, обнаружили, что в среднем около двух микроРНК связываются с каждым мессенджером. РНК. Они также обнаружили, что микроРНК связываются с нуклеотидами не только на конечном конце информационной РНК, но и в других областях, включая последовательности, кодирующие белки, и последовательности, которые когда-то считались «мусорной РНК», что дает новое понимание биологии микроРНК.
«Считается, что РНК – это молекула, которая может объяснить разрыв между сложностью клеточных функций и нашим ограниченным числом генов», – говорит Дарнелл. «Теперь у нас есть платформа для оценки степени, в которой микроРНК вносят свой вклад в эту сложность, с необычайной точностью.”
Источник: Университет Рокфеллера (новости: в сети)