Исследователи отслеживают жизненный цикл и множество функций мРНК
Роль матричной РНК (мРНК) во всех функциях жизни оказалась в центре внимания благодаря успешному внедрению мРНК-вакцин против вируса SARS-CoV-2.
В двух новых статьях, опубликованных на неделе 17 января, лаборатория Венди Гилберт из Йельского университета проливает свет на то, как рождаются мРНК и как они регулируют производство белков внутри наших клеток. Эти открытия важны не только для достижения эффективных доз новых вакцин, но и для определения биологических корней многих раковых и других заболеваний.
В классической биологии клетки точно копируют или транскрибируют гены, закодированные в ДНК, в мРНК, которые затем доставляют эти инструкции к рибосоме — механизму, производящему белки. Вакцины Pfizer и Moderna содержат мРНК-инструкции для производства белков, распознающих спайк-белки вируса SARS-CoV-2, делая их мишенью для иммунной системы.
Хотя РНК состоит всего из четырех оснований (нуклеотидов), её структуру и функцию могут изменять сложные биохимические взаимодействия. Одно из таких соединений — псевдоуридин, изомер, чье присутствие является ключом к эффективности мРНК-вакцин. Лаборатория Гилберт ранее обнаружила присутствие псевдоуридина в нормальной клеточной мРНК.
Роль псевдоуридина в зарождении мРНК
В одном из новых исследований команда под руководством Николь Мартинес обнаружила, что псевдоуридин играет ключевую роль в самом генезисе мРНК. Он присутствует на самых ранних стадиях формирования мРНК и, как выяснилось, направляет процесс сплайсинга генетического материала, который создает мРНК. Результаты опубликованы 19 января в журнале Molecular Cell.
Эти данные проливают свет на происхождение заболеваний, связанных с вариантами псевдоуридина, таких как митохондриальная миопатия, расстройства пищеварения, интеллектуальная инвалидность и устойчивость к вирусной инфекции. Например, несколько видов рака связаны с повышенным уровнем псевдоуридина, что позволяет предположить, что ошибочный сплайсинг мРНК может запускать образование опухолей и метастазирование.
Контроль производства белков
Во второй статье, опубликованной 17 января в журнале Cell Systems, исследователи из Йеля изучили, как рибосомы "понимают", сколько белков производить на основе инструкций от мРНК. Команда под руководством Рэйчел Нидерер разработала новую технологию под названием прямой анализ нацеливания рибосом (DART), чтобы найти регуляторные элементы, которые могут стимулировать и подавлять производство белков рибосомами.
Манипулируя такими элементами в мРНК (в данном случае, в дрожжах), ученые смогли изменить производство белков в тысячу раз.
Практическое применение
Возможность точно манипулировать производством белков имеет непосредственное применение для корректировки доз в мРНК-вакцинах, например, против COVID-19. Эта работа привела к получению гранта в размере $1.7 млн от Pfizer для лабораторий Венди Гилберт и Карсона Торина.
Однако Гилберт подчеркивает, что эта технология также может быть применена для разработки любых белковых терапий для множества заболеваний.