mRNAs могут переворачивать ситуацию со своими регуляторами-микроРНК

МикроРНК — короткие последовательности РНК, которые строго контролируют, какие гены и когда экспрессируются. Они делают это, регулируя, какие транскрипты матричной РНК (mRNA) — одноцепочечные шаблоны для белков — фактически считываются клеткой.

В новом исследовании, опубликованном 12 ноября в Science, учёные из лаборатории Дэвида Бартеля в Институте Уайтхеда показали, что mRNA и другие РНК часто переворачивают ситуацию со своими регуляторами-микроРНК. Путь к деградации микроРНК оказался не таким, как ожидали учёные.

Когда транскрипты атакуют

Обычно микроРНК контролируют экспрессию генов, связываясь с транскриптами mRNA и вместе с белком Argonaute «заглушая» их, ускоряя их деградацию. МикроРНК защищены внутри белка Argonaute и могут сохраняться до недели, разрушая множество молекул mRNA.

Однако иногда микроРНК связывается с особой сайтом-мишенью на транскрипте mRNA, что приводит к преждевременному разрушению самой микроРНК. Это явление — деградация микроРНК, направляемая мишенью (target-directed microRNA degradation, TDMD) — происходит в клетках естественным образом и является способом контроля уровня определённых микроРНК.

Лаборатория Бартеля начала изучать эту форму деградации после открытия, что некодирующая РНК CYRANO приводит к деградации специфической микроРНК miR-7. Этот механизм не соответствовал существующим теориям о TDMD, которые предполагали ключевую роль процесса «хвостатия и обрезки» (tailing and trimming) нуклеотидов микроРНК.

«Но когда вы выключаете фермент, вызывающий хвостатие miR-7, это не влияет на деградацию», — сказал Чарли Ши, первый автор статьи. Это указывало на другой механизм.

Новая модель

Чтобы исследовать механизм TDMD, учёные сфокусировались на взаимодействии CYRANO и miR-7. Ши разработал CRISPR-скрининг для выявления генов, необходимых для деградации микроРНК при встрече с транскриптом CYRANO.

Скрининг выявил один важный ген — ZSWIM8. Оказалось, что он кодирует компонент убиквитинлигазы. Убиквитин служит меткой для деградации белков в протеасоме.

Это открытие подразумевало, что опосредованная CYRANO деградация микроРНК включает разрушение белка Argonaute. Согласно новой модели TDMD:

1. Регулирующая РНК (например, CYRANO) связывается с микроРНК (например, miR-7) внутри её защитного белка Argonaute.
2. Этот комплекс рекрутирует убиквитинлигазу ZSWIM8.
3. Лигаза присоединяет молекулы убиквитина к Argonaute.
4. Помеченный Argonaute разрушается в протеасоме, обнажая свою микроРНК, которая затем деградируется клеточными ферментами. Важно: этот процесс не требует обрезки и хвостатия микроРНК.

Множество микроРНК

Исследователи обнаружили, что ZSWIM8 необходим для всех известных примеров TDMD. Это позволило искать больше микроРНК, подверженных такому регулированию.

«Когда мы начали этот проект, в природе было известно только около четырёх примеров эндогенных РНК, способных выполнять TDMD», — сказал Ши. Находка общего фактора ZSWIM8 позволила задать вопрос: насколько широко распространено это явление?

Оказалось, что TDMD довольно распространено у многоклеточных организмов. Учёные изучили разные типы клеток мышей и плодовой мушки и обнаружили, что в любой данной клетке до 20 различных микроРНК из пары сотен общих регулируются с помощью TDMD.

Этот механизм также наблюдался в клетках человека и нематод, что позволяет предположить, что TDMD как метод регуляции микроРНК восходит к общему предку этих разных видов. «Каждая из этих микроРНК — отдельная история», — заключил Ши.