Малые РНК взаимодействуют с новосинтезированными транскриптами для сайленсинга хроматина
Исследователи из FMI Юкико Шимада, Фабио Мон и Марк Бюлер выяснили важную механистическую деталь опосредованного малыми РНК сайленсинга хроматина. Они показали на дрожжах Schizosaccharomyces pombe, что малая РНК в комплексе RISC взаимодействует с насинтезированными транскриптами, а не с комплементарной ДНК, чтобы индуцировать формирование гетерохроматина. Кроме того, на процесс сайленсинга влияют как скорость транскрипции, так и процессинг транскрипта.
Хотя о малых РНК и их роли в регуляции состояния хроматина и транскрипционном сайленсинге генов известно много, один важный механистический аспект оставался неисследованным: как белковый комплекс, несущий малую РНК, взаимодействует с хроматином для сайленсинга генов. Происходит ли это через взаимодействие малой РНК с ДНК? Или через взаимодействие с новообразованными транскриптами? Или задействованы другие факторы?
«Это фундаментальный вопрос, который не давал мне покоя более 10 лет, — комментирует Марк Бюлер, — но у нас не было инструментов, чтобы должным образом его изучить».
Прорыв произошел, когда Юкико Шимада, менеджер лаборатории, обнаружила, что мутант дрожжей с нефункциональным комплексом Paf1C позволяет решить именно эту задачу.
В исследовании, опубликованном в Genes and Development, Шимада показала, что для РНК-направленного формирования гетерохроматина необходима транскрипция выше определенного порога. Серия экспериментов выявила, что малая РНК в комплексе RISC, содержащем Argonaute, должна взаимодействовать с новосинтезированными РНК-транскриптами. Это взаимодействие затем приводит к формированию гетерохроматина и, следовательно, к сайленсингу соответствующей последовательности ДНК. Однако это взаимодействие (и как следствие — формирование гетерохроматина) нарушается, когда скорость транскрипции превышает определенный уровень. «Существует "окно возможностей" для сайленсинга, которое связано со скоростью транскрипции», — объясняет Бюлер.
Шимада также показала, что на формирование гетерохроматина, опосредованное малыми РНК, влияет процессинг РНК. В процессе сплайсинга РНК-транскрипты разрезаются и перестраиваются: удаляются некодирующие последовательности — интроны. Это непрерывный процесс, начинающийся во время транскрипции. В случаях, когда мишень находится в интронной последовательности в начале транскрипта, который быстро сплайсируется, формирование гетерохроматина становится бистабильным. «В этих случаях мы наблюдаем две ситуации: локус-мишень либо остается в эухроматиновом состоянии, либо полностью сайленсируется», — поясняет Бюлер.
В целом, результаты показывают, что малая РНК взаимодействует с комплементарной, новосинтезированной РНК, а не с ДНК. Это исследование предоставляет долгожданные прямые доказательства модели сайленсинга генов, направляемого некодирующими РНК через взаимодействие с насинтезированным транскриптом, и дает важные сведения для дизайна малых РНК, предназначенных для индукции сайленсинга хроматина у многоклеточных организмов.