Как Microprocessor точно инициирует производство miRNA

Исследователи из Центра изучения РНК Института фундаментальных наук (IBS) и Школы биологических наук Сеульского национального университета раскрыли молекулярный механизм, с помощью которого комплекс Microprocessor (DROSHA-DGCR8) точно определяет сайты расщепления на первичных транскриптах, содержащих miRNA, что позволяет корректно инициировать биогенез микроРНК.

Результаты, опубликованные в журнале Cell 28 мая, не только показывают функцию каждой части человеческого Microprocessor, но и определяют направление будущих исследований его молекулярной структуры, что откроет новые возможности для применения технологии РНК-интерференции в фундаментальной науке и медицине.

МикроРНК (miRNA) — это короткие (~22 нуклеотида) молекулы РНК, играющие ключевую роль в различных клеточных процессах, включая дифференцировку стволовых клеток и опухолеобразование. Их механизм сайленсинга генов зависит от их последовательности, которая формируется в процессе биогенеза miRNA. Этот процесс инициируется в ядре комплексом Microprocessor, состоящим из каталитической субъединицы DROSHA и кофактора DGCR8, который расщепляет первичные транскрипты (pri-miRNA), содержащие последовательности miRNA. Поскольку именно этот этап определяет последовательности miRNA и, следовательно, их функции, крайне важно понять, как Microprocessor точно обрабатывает pri-miRNA.

Используя высокоочищенный рекомбинантный Microprocessor, исследователи сделали значительный шаг в понимании этого механизма. Они обнаружили, что комплекс состоит из одной молекулы DROSHA и двух молекул DGCR8.

Ключевые открытия о структуре и функции:

• DROSHA как "молекулярная линейка": Белок DROSHA распознает переход от двуцепочечной к одноцепочечной РНК (ssRNA-dsRNA junction) в нижней части pri-miRNA и отмеряет расстояние примерно в 11 пар оснований от этого перехода, чтобы найти точные сайты расщепления. Также DROSHA специфически распознает UG-мотив в нижнем переходе, что повышает специфичность связывания.
• Три функциональные части DGCR8: Исследование уточнило роль DGCR8:
  • "Хвост" стабилизирует DROSHA.
  • "Тело" повышает эффективность процессинга, рекрутируя pri-miRNA.
  • "Голова" обеспечивает точность процессинга, распознавая элементы в верхней части pri-miRNA, включая апикальный UGU-мотив.

На основе биохимических, биофизических и биоинформатических данных была предложена модель, показывающая, как функциональные части Microprocessor взаимодействуют с cis-действующими элементами на pri-miRNA для точного процессинга. Эта модель также объясняет ориентацию комплекса на субстрате и даёт всестороннее понимание того, как Microprocessor по-разному действует на различные pri-miRNA с разными последовательностями и структурными особенностями, разрешая многолетние споры о механизме процессинга pri-miRNA.