Живой микро-процессор настраивается на обратную связь

МикроРНК (miRNAs) – короткие цепочки некодирующих белки РНК – изначально существуют в виде длинных цепочек-предшественников (precursor miRNAs). Их расщепляет специальный молекулярный комплекс "Микропроцессор", превращая в короткие функциональные формы. Получившиеся miRNAs связываются с матричными РНК (mRNAs), подавляя производство белков и регулируя уровни сотен различных протеинов.

Однако комплекс Микропроцессор может также расщеплять другие формы РНК, например, mRNAs, которые иногда формируют временную структуру, похожую на сайт-мишень для miRNAs. Расщепление не тех РНК может оказаться губительным для организма.

В статье, недавно опубликованной в Nature Structural and Molecular Biology, доктор Эран Хорнштейн, профессор Наама Баркай и бывшие аспиранты доктора Омер Барад и Мати Манн из отдела молекулярной генетики исследовали, как комплекс Микропроцессор балансирует между эффективностью и специфичностью при производстве miRNAs. "С одной стороны, он не должен быть слишком эффективным, так как это может привести к расщеплению нежелательных, неспецифических РНК-субстратов. С другой стороны, он не должен быть слишком 'привередливым', потому что чрезмерная специфичность сопряжена с риском недостаточной обработки настоящих miRNAs", – говорит Хорнштейн.

В междисциплинарном проекте учёные использовали математическое моделирование для характеристики системы Микропроцессора, а затем проверили свои теории в клетках. Они предсказали, что баланс между эффективностью и специфичностью поддерживается с помощью петли обратной связи, в которой Микропроцессор определяет количество доступного в клетке предшественника miRNA и соответствующим образом изменяет собственное производство.

Проверив эту предпосылку на тканях мыши и человека, исследователи смогли показать, что Микропроцессор действительно настроен на уровни предшественника miRNA: он увеличивает собственное производство, если клетка переполнена предшественником miRNA, или останавливает производство в ответ на уменьшение потока предшественников. Это достигается за счёт расщепления mRNA Dgcr8, которая структурно имитирует miRNA. Поддерживая свои уровни в соответствии с уровнями предшественников miRNA, Микропроцессор таким образом снижает вероятность расщепления нецелевых РНК.

Поскольку малые РНК производятся синтетически как возможные новые методы терапии ряда заболеваний, это исследование может помочь в разработке эффективного производства таких препаратов в будущем. Кроме того, многим другим биологическим системам необходимо балансировать эффективность со специфичностью, и результаты работы команды позволяют предположить, что многие из них могут делать это аналогичным образом.