Новый тип модификации РНК в бактериях: стрессовый "чехол" и быстрый ремонт
Исследователи из LMU обнаружили ранее неизвестный тип химической модификации в бактериальных РНК. Модификация появляется, по-видимому, только когда клетки находятся в состоянии стресса, и быстро удаляется во время восстановления.
РНК играет центральную роль в синтезе белков. Как и ДНК, её молекулы состоят из последовательностей четырёх типов нуклеотидных оснований. Во всех организмах эти субъединицы могут быть селективно модифицированы для регуляции их функций.
Доктор Штефани Келлнер в сотрудничестве с Кирстен Юнг обнаружила новую и биохимически необычную модификацию в РНК бактерий. Она присоединяется, когда микроорганизмы подвергаются стрессу, и может быть быстро удалена при возвращении к нормальным условиям. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Бактерии модифицируют РНК функциональными группами, содержащими атомы серы. Одна из таких модификаций заменяет кислород в положении 2 основания цитидина. В палочковидной бактерии Escherichia coli учёные идентифицировали ранее неизвестную форму этого модифицированного серосодержащего основания.
"В этом случае бактерии метилируются по сере цитидина. Связывание через серный заместитель превращает цитидин в 2-метилтиоцитидин, или сокращённо ms2C", — говорит Келлнер.
Дальнейшие эксперименты показали, что ms2C появляется в РНК в основном, когда бактерии подвергаются стрессу — например, при добавлении в среду вредных химикатов или антибиотиков. Хотя повреждение негативно влияет на трансляцию белков, оно не является смертельным для бактерий.
Интересно, что у бактерии есть фермент, способный впоследствии удалить это метилирование. Команде удалось охарактеризовать механизм репарации напрямую с помощью относительно новой аналитической техники NAIL-MS (Nucleic Acid Isotope Labeling coupled Mass Spectrometry). Этот метод включает мечение образца тяжёлым изотопом перед анализом с помощью высокочувствительной масс-спектрометрии, что позволяет отслеживать судьбу модифицированных РНК после удаления стрессора.
"Таким образом мы смогли показать in vivo, что модифицированная РНК не деградирует. Вместо этого она репарируется путём ферментативного отсоединения метильной группы", — объясняет Келлнер.
Поскольку процесс репарации завершается в течение одного-двух часов после модификации РНК, исследователи полагают, что клетка уже "готова" справиться с повреждением.
Выдвинута гипотеза, что серосодержащие основания РНК могут действовать как улавливатели свободных метильных групп, которые образуются в результате стресса, предотвращая их связывание с ДНК или другими белками. Поскольку бактериальные клетки заполнены молекулами РНК, они могут функционировать как эффективный механизм детоксикации для "сбора" реактивных химических групп.