Встроенный «таймер самоуничтожения» вызывает конечную гибель матричной РНК в клетках

Исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Университета Йешивы обнаружили первый известный механизм, с помощью которого клетки контролируют выживание матричной РНК (мРНК). Результаты касаются мРНК, которые помогают регулировать деление клеток, и поэтому могут иметь значение для борьбы с неконтролируемым делением клеток при раке. Исследование описано в онлайн-выпуске журнала Cell.

«Судьба изученных нами молекул мРНК напоминает греческую трагедию», — сказал старший автор исследования Роберт Сингер. «Продолжительность их жизни определяется в момент их рождения». Исследование проводилось на дрожжевых клетках с использованием передовой микроскопической технологии, ранее разработанной доктором Сингером, которая позволила ученым впервые наблюдать отдельные молекулы в отдельных клетках в реальном времени.

Направления для создания белков закодированы в последовательностях ДНК генов. Но чтобы белки были созданы, код ДНК гена должен быть скопирован, или транскрибирован, на молекулы мРНК, которые мигрируют из ядра в цитоплазму, где находится аппарат для создания белков клетки. Пока мРНК существует, она может действовать как шаблон для создания копий белка. Поэтому ученые давно подозревали, что у клеток должны быть способы деградации мРНК, когда, например, белок начинает накапливаться до опасного уровня. «Клетка каким-то образом решает уничтожить свою мРНК по сигналу, но никто не знал, как это происходит», — сказал доктор Сингер.

В поисках такого механизма доктор Сингер и его коллеги сосредоточились на двух генах, SWI5 и CLB2, которые кодируют белки, регулирующие клеточный цикл. Чтобы правильно контролировать клеточный цикл, уровни белков, кодируемых генами SWI5 и CLB2, должны быть тщательно контролируемы, что предполагает, что мРНК, синтезированные с этих генов, будут основными кандидатами на целенаправленную деградацию. Исследователи обнаружили, что эти мРНК, по сути, рождаются с молекулярными «таймерами самоуничтожения», которые в конечном итоге их разрушают.

Когда гены транскрибируются, часть гена, называемая промоторной областью, отвечает за включение гена, чтобы ДНК была скопирована в мРНК. Ученые обнаружили, что промоторные области генов SWI5 и CLB2 делают кое-что еще: они рекрутируют белок под названием Dbf2p, который присоединяется к молекулам мРНК по мере их синтеза.

Эти мРНК, несущие белок Dbf2p, совершают путешествие из ядра в цитоплазму. Здесь к Dbf2p на молекулах мРНК присоединяется белок Dbf20p — и два белка вместе вызывают быструю деградацию молекул.

«Наши результаты показывают, что гены, производящие белки, уровни которых должны тщательно контролироваться, содержат промоторные области, которые обрекают свои молекулы мРНК на гибель еще в момент их рождения», — сказал доктор Сингер. «Промоторные области делают это, "помечая" вновь созданную мРНК белком Dbf2p — общим фактором между синтезом мРНК и ее конечным распадом. Dbf2p остается прикрепленным к мРНК с момента ее рождения, а затем, реагируя на сигнал о том, что больше не нужно производить белок, отдает приказ об уничтожении мРНК».

Хотя эти наблюдения относятся к дрожжевым клеткам, доктор Сингер заявил, что уверен, что процесс, управляющий распадом мРНК у людей, «окажется очень похожим» и может быть актуален для борьбы с раком. «Как только вы получаете представление о механизмах, контролирующих клеточный цикл и деление клеток, вы можете предложить целенаправленные методы терапии для регулирования неконтролируемого деления клеток, которое характеризует рак».