Ученые раскрыли механизм обрезки длинных РНК-транскриптов в микроРНК
Особая группа некодирующих РНК (нкРНК), известная как микроРНК (миРНК), имеет длину ~22 нуклеотида (нт) и играет ключевую роль в различных физиологических процессах. Аберрантная экспрессия миРНК связана с развитием и прогрессией различных заболеваний человека, включая рак. Некоторые миРНК даже рассматриваются как биомаркеры для диагностики и мишени для разработки лекарств.
РНК-транскрипты, предназначенные для генерации миРНК, имеют характерную шпилечную структуру длиной ~65 нт. Первый шаг к превращению в функциональную миРНК — удаление лишних участков РНК за пределами шпильки белковым комплексом под названием Microprocessor в ядре клетки. Однако детальные механизмы этой первой реакции расщепления, включая то, как pri-miRNA распознается Microprocessor и как комплекс делает разрезы в правильных местах, оставались плохо изученными.
Исследовательская группа под руководством доктора СЮЙ Жуймина из Института биофизики Китайской академии наук и доктора ВАН Хунвэя из Университета Цинхуа определила структуру комплекса Microprocessor, связанного с pri-miRNA, с почти атомарным разрешением. Исследование, опубликованное в Molecular Cell, дало ответы на поставленные выше вопросы.
Комплекс Microprocessor состоит из Drosha (каталитическая субъединица для расщепления РНК) и DGCR8 (РНК-связывающий белок, важный для связывания pri-miRNA). Ученые реконструировали комплекс, используя очищенные белки, произведенные в клетках насекомых, и pri-miRNA, полученную методом in vitro транскрипции. Реконструированный РНК-белковый комплекс (или только белковый комплекс) изучали с помощью криоэлектронной микроскопии одиночных частиц для восстановления 3D-структуры.
Было обнаружено, что Drosha играет особенно важную роль в распознавании pri-miRNA и определении сайтов расщепления. Ученые идентифицировали три ключевых домена Drosha, которые кооперативно распознают pri-miRNA:
PAZ-домен
MB-спирали
Двухцепочечный РНК-связывающий домен (dsRBD)
PAZ-домен и MB-спирали вместе распознают область перехода от одноцепочечной к двухцепочечной РНК в pri-miRNA. Это взаимодействие критически важно для того, чтобы Drosha связался с pri-miRNA в правильной ориентации и сделал разрезы в правильных местах. Между тем, dsRBD связывается с верхней частью стебля pri-miRNA, стабильно позиционируя его напротив каталитического центра фермента для реакции расщепления. PAZ-домен Drosha связывает обе цепи РНК во внутренней области, а не с 3'-концами, как все другие известные на сегодня PAZ-домены.
Кроме того, ученые наблюдали большое конформационное изменение PAZ-домена до и после связывания РНК. Это говорит об авторегулируемом механизме связывания РНК белком Drosha, который может быть полезен для различения специфических мишеней среди обилия различных форм РНК в ядре клетки.
Это исследование решает давнюю проблему того, как Drosha распознает pri-miRNA и связывается с ней в правильном режиме, позволяя точно расщеплять транскрипт. Оно дает фундаментальное понимание механизмов биогенеза миРНК.