Смешанные хвосты мРНК действуют как щит, замедляя их укорачивание
Клетки регулируют количество определённых белков в нужное время, контролируя деградацию мРНК. Поскольку нуклеотидный хвост мРНК играет роль в этом процессе, биологи из Центра исследований РНК Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) выяснили, как смешанные хвосты из разных нуклеотидов защищают мРНК от деградации дольше. Опубликованные в Science, эти результаты могут дать новое понимание регуляции генов в здоровых и патологических состояниях.
Когда ген транскрибируется в матричную РНК (мРНК), она получает хвост, который действует как щит от преждевременной деградации.
Долгое время считалось, что хвост мРНК — это просто цепочка из сотен нуклеотидов аденозина (A), и его называли поли(A)-хвостом. Специфические ферменты удлиняют и укорачивают хвост: поли(A)-полимеразы добавляют цепочку примерно из 200 нуклеотидов A; деаденилазы, такие как комплекс CNOT, со временем обрезают поли(A)-хвост, начиная с нуклеотидов A на его кончике.
В 2014 году исследователи IBS обнаружили, что хвост мРНК не ограничивается нуклеотидами A. Они разработали метод высокопроизводительного секвенирования TAIL-seq для точного измерения длины поли(A)-хвостов в масштабе всего генома. Оказалось, что конец хвоста могут украшать и другие нуклеотиды: гуанозин (G), уридин (U) и цитидин (C). Смешанные хвосты были обнаружены у эволюционно широкого круга видов, включая людей, мышей, лягушек и рыб.
В текущем исследовании учёные IBS обнаружили, что некоторые ферменты, вставляющие нуклеотиды A в хвост, способны также добавлять нуклеотиды G, U и C, создавая смешанный хвост. В частности, нуклеотидилтрансфераза TENT4A/B периодически добавляет нуклеотиды G при удлинении хвоста мРНК. Интересно, что в клетках нуклеотиды G расположены в основном на самом конце хвоста или на предпоследней позиции. Это объясняется тем, что ферменты, обрезающие поли(A)-хвосты, «спотыкаются», когда на конце хвоста встречают G, а не A. Исследовательская группа обнаружила, что добавление G может замедлить укорачивание хвоста, защищая его.
«Неаденозины, добавляемые TENT4A/B, оказывают значительный тормозящий эффект. Достаточно всего одного, чтобы противодействовать ферментам, обрезающим поли(A)-хвост, и стабилизировать мРНК», — объясняет один из авторов исследования Ён-сук Ли. Уровень мРНК со смешанными хвостами действительно снижался в клетках, лишённых TENT4A/B.
«Хвост мРНК считался чистой последовательностью нуклеотидов A с небольшой информационной ценностью, кроме его длины. Однако это исследование доказывает, что даже хвосты одинаковой длины могут иметь разный состав, и смешанный хвост деградирует медленнее, чем чистый поли(A)-хвост», — объясняет Нари Ким, автор-корреспондент исследования и директор Центра. «Благодаря этой работе мы можем понять жизненный цикл сложной мРНК, раскрыв новый, ранее неизвестный механизм её защиты».
В будущем команда хотела бы расширить свои исследования на различные биологические системы и понять, как нарушения в механизме формирования хвоста могут приводить к заболеваниям. Кроме того, они планируют разработать метод генной терапии на основе РНК, который будет использовать эффект смешанного хвоста в клетках для повышения стабильности мРНК.