Исследование проливает свет на загадочные модификации матричной РНК

Учёные из Университета Бирмингема приблизились к пониманию назначения особого набора модификаций в начале матричной РНК (мРНК), что долгое время оставалось фундаментальной загадкой молекулярной биологии.

мРНК жизненно важны для производства белков. Их особая структура в начале цепи, называемая кэпом, выполняет две основные функции: защищает мРНК от разрушения и играет ключевую роль в процессе производства белков.

Помимо кэпа, первые несколько нуклеотидов мРНК могут нести небольшие химические метки — метилирование. Они встречаются у животных, а также у некоторых их паразитов, таких как вирусы SARS и трипаносомы, но их цель оставалась неясной.

Хотя учёные знали об этих модификациях мРНК более 45 лет, их влияние на функцию мРНК было плохо изучено. Это связано с невозможностью показать, что происходит при «нокауте» (удалении) этого метилирования у модельных животных организмов.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёным из университетов Бирмингема, Оксфорда, Ноттингема и Уорика удалось создать модель нокаута на плодовых мушках (Drosophila), удалив два ключевых гена. Это позволило увидеть, что происходит, когда у мух отсутствуют два фермента, используемых в процессе метилирования.

Оказалось, что, хотя модифицированные мушки оставались живы, эти два фермента играли важную роль в процессе обучения на основе вознаграждения. У мух наблюдался дефект в способности ассоциировать определённый запах с сахарной наградой.

Ведущий автор, доктор Маттиас Соллер из Университета Бирмингема, отмечает: «Исследование показывает, что модификации мРНК имеют важные функции в мозге. Даже будучи живыми, эти мушки не способны к обучению важным для выживания навыкам».

Работа основана на более ранних исследованиях профессора Руперта Фрея из Университета Ноттингема, который обнаружил, что модификации кэпа у мышей высокодинамичны.

Команда выяснила, что эти модификации участвуют в транспорте мРНК к синапсам — местам связи между нейронами.

Профессор Скотт Уодделл из Оксфордского университета добавил, что этот фенотип обучения открывает много новых вопросов и напоминает генетическое заболевание, связанное с белком FMRP (синдром ломкой X-хромосомы), которое также затрагивает биологию РНК и вызывает дефекты в развитии и пластичности синапсов.

Доктор Ирмгард Хаусманн подчеркнула, что анализ модификаций кэпа очень сложен, и для их изучения в конкретных мРНК предстоит преодолеть технические барьеры.

Доктор Натан Арчер отметил, что это особенно актуально, поскольку вирусы, такие как SARS, имеют собственный фермент метилирования кэпа, но его роль во взаимодействиях вируса и хозяина до конца не понята.

Следующим шагом для команды будет более детальное изучение механизма, с помощью которого модифицированная мРНК влияет на экспрессию белков, важных для обучения с вознаграждением и распространения вирусов.