Новые данные о механизмах митохондриальных болезней человека благодаря передовым технологиям секвенирования

Способность переносить генетический код в белки — ключевой этап для всех живых организмов. Важнейшую роль в этом молекулярном процессе играют транспортные РНК (тРНК), которые связывают распознавание генетического кода с соответствующей аминокислотой. Химическая модификация отдельных тРНК критически важна для процесса декодирования при синтезе белка.

Митохондрии, энергетические станции клетки, имеют уникальный матерински наследуемый геном и собственный аппарат синтеза белка, предназначенный для аэробного производства энергии. Мутации в генах тРНК, закодированных в митохондриальном геноме, — наиболее частая причина митохондриальных заболеваний у человека.

Хотя все мутации митохондриальной ДНК нарушают выработку энергии в клетке, конкретные мутации вызывают различные клинические симптомы. Молекулярная основа развития этих расстройств в заболевания остаётся плохо изученной.

Одним из главных пробелов было отсутствие понимания, как первичные генетические мутации в митохондриальном геноме влияют на все тРНК и их химические модификации. Прежние исследования в этой области ограничивались технологическими барьерами и необходимостью большого количества материала пациентов.

Исследователи из Университета Хельсинки под руководством постдока Уве Рихтера из лаборатории доктора Брендана Баттерсби в Институте биотехнологии, в сотрудничестве с Тао Паном из Чикагского университета, преодолели эти ограничения. Они использовали новейшие достижения в методологии секвенирования РНК следующего поколения, чтобы исследовать весь пул митохондриальных тРНК с разрешением на уровне одного нуклеотида. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Этот подход впервые позволил исследовать количество и метилированные модификации всех митохондриальных тРНК у пациентов, страдающих одной из самых распространённых наследственных мутаций митохондриальной тРНК — MERRF (миоклонической эпилепсии с рваными красными мышечными волокнами).

Анализ выявил количественные изменения в уровне тРНК и их метилированных модификациях, которые оказывали драматическое влияние на синтез белка внутри митохондрий. Восстанавливая модификацию, группа смогла определить её специфические роли как в синтезе, так и в стабильности митохондриальных белков. В целом, работа проливает новый свет на молекулярный механизм развития митохондриальных заболеваний человека.