Открытие GHR-мотива раскрывает новый механизм процессинга растительных miRNA

МикроРНК (miRNA) — это крошечные молекулы РНК, регулирующие экспрессию генов, контролируя матричные РНК (mRNA). Они критически важны для различных биологических процессов, включая развитие, стрессовые реакции и эпигенетическую регуляцию. У растений фермент DICER-LIKE 1 (DCL1) процессирует предшественники miRNA в зрелые молекулы. Мутации в DCL1 могут приводить к проблемам развития, таким как задержка цветения и аномалии листьев, что делает точность его работы ключевой для роста растений.

Исследовательская группа под руководством профессора Нгуен Туан Аня из Отдела наук о жизни Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) добилась значительного прогресса в понимании биогенеза miRNA. Учёные разработали массово-параллельный ассе́й на разрезание (dicing assay) для изучения человеческого фермента DICER, который функционирует аналогично растительному DCL1. Результаты опубликованы в журнале Nature Plants.

Инновационный подход раскрывает GHR-мотив в процессинге растительных miRNA

Ассе́й включает тысячи РНК-субстратов и использует глубокое секвенирование и компьютерный анализ для идентификации элементов РНК, контролирующих точность и эффективность разрезания DICER. Опираясь на этот опыт, команда профессора Нгуена применила свой ассе́й, чтобы исследовать, как DCL1 определяет сайты разрезания в предшественниках miRNA.

Сотрудничая с группой доктора Чэнь Сюэмэй из Пекинского университета, исследователи выявили ключевые структурные и последовательностные элементы РНК, определяющие точность и эффективность DCL1. Работа была сфокусирована на открытии и характеристике cis-элементов РНК, направляющих активность разрезания DCL1.

Это новаторское исследование идентифицировало GHR-мотив как критический детерминант специфичности разрезания DCL1. Для этого использовалась рандомизированная РНК-библиотека из более чем 46 000 последовательностей и инновационный ассе́й на разрезание для картирования предпочтений DCL1.

GHR-мотив функционирует независимо от dsRBD и геликазных областей DCL1, влияя на разрезание через домен RIIIDa. Это раскрывает новый механизм взаимодействия DCL1 с РНК-субстратами. Кроме того, GHR-мотив консервативен среди различных видов растений, что подчёркивает его эволюционную важность в процессинге miRNA.

Примечательно, что ключевой компонент GHR-мотива, C-G пара оснований, также обнаружен в сайтах разрезания двух животных ферментов RNase III: двойного YCR-мотива для Dicer2,3 и DRES-мотива для Drosha4.

Исследование также представляет альтернативный механизм у растений для продукции неканонических 22-нуклеотидных miRNA, который обеспечивается GHR-мотивом. Это открытие добавляет значительный уровень сложности к вариациям длины miRNA и подчёркивает регуляторные последствия для экспрессии генов в различных растительных системах.

GHR-мотив: углубление понимания регуляции генов и развития растений

Инсайты, полученные от изучения GHR-мотива, позволяют точно инженерно модифицировать пути miRNA, потенциально улучшая такие признаки, как время цветения, устойчивость к стрессу и урожайность. Внедрение нового пути для продукции 22-нуклеотидных miRNA, которые необходимы для запуска вторичной РНК-интерференции и регуляции сложных генетических сетей, открывает новые возможности для понимания более широких функций регуляции генов с помощью miRNA.

Кроме того, инновационный массово-параллельный ассе́й на разрезание и анализ GHR-мотива могут быть применены к исследованиям других DICER-подобных ферментов, углубляя наше понимание РНК-опосредованной регуляции генов.

Профессор Нгуен заявил: «Это исследование значительно продвигает наше понимание биогенеза miRNA и подчёркивает критическую роль элементов РНК в регуляции генов и развитии растений. Открытия, сделанные в этой работе, дают ценные сведения об эволюционной консервативности механизмов процессинга miRNA и способствуют разработке инновационных подходов для улучшения сельскохозяйственных культур».