Как экстремофилы выживают в экстремальной жаре: ключ — в редактировании РНК

Исследователи из Института Вейцмана раскрыли механизм, позволяющий гипертермофилам — организмам, живущим при температурах выше 80°C — выживать в экстремальных условиях. Ключевую роль играет динамическое химическое редактирование молекул рибосомальной РНК, стабилизирующее структуру рибосомы.

Новый метод для изучения модификаций РНК

До недавнего времени считалось, что модификации РНК в рибосоме универсальны для вида и не меняются в зависимости от среды. Новый метод, разработанный в лаборатории профессора Шрагги Шварца, позволил анализировать 16 типов модификаций одновременно в десятках образцов РНК. Это дало возможность сравнить паттерны модификаций у 14 видов, включая экстремофилов.

Связь температуры и количества модификаций

Исследование, опубликованное в Cell, показало:

• У гипертермофилов обнаружены сотни модификаций рибосомальной РНК, в то время как у большинства бактерий и архей их лишь несколько десятков.
• Чем жарче естественная среда организма, тем больше модификаций проходит его рибосома.
• У мезофилов (организмов умеренных температур) модификации в основном постоянны. У гипертермофилов почти половина модификаций динамична: их количество на молекулах РНК увеличивается с ростом температуры.

Синергия метилирования и ацетилирования

Три типа модификаций стабильно учащались при повышении температуры. Особенно важным оказалось совместное действие двух из них:

• Метилирование (добавление метильной группы, –CH₃)
• Ацетилирование (добавление ацетильной группы, –COCH₃)

Оба процесса стабилизируют РНК, но их комбинированный эффект сильнее суммы отдельных воздействий.

Структурные изменения рибосомы

С помощью криоэлектронной микроскопии ученые выяснили, как модификации меняют структуру рибосомы гипертермофильной археи:

• Добавленные при высокой температуре метильные группы распределяются по рибосоме, образуя слабые связи с окружающими молекулами и укрепляя всю структуру.
• В областях редактирования становится меньше пустот, что эффективно «затыкает дыры» в рибосоме.

Значение для науки и технологий

Открытие демонстрирует сложный механизм адаптации, при котором тонкие химические изменения РНК значительно повышают стабильность рибосомы. Это также может объяснить феномен «волшебного метила» — резкого увеличения эффективности некоторых лекарств после добавления метильной группы.

«Наше исследование помогает понять взаимодействие различных модификаций, — говорит Шварц. — Метод, который мы разработали, может ускорить изучение многих типов модификаций и новых видов».

Понимание естественного процесса редактирования РНК, отточенного за миллиарды лет эволюции, может привести к созданию более надежных и эффективных РНК-технологий: от вакцин и методов диагностики рака до инструментов генного редактирования.