Исследование обнаруживает новое исключение из правила о сплайсинге РНК, действующего десятилетиями
Исследование лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) по сплайсингу РНК — процессу клеточного редактирования — выявило исключение из правила, преобладавшего более трёх десятилетий. Это исключение касается того, как вновь синтезированная молекула РНК разрезается и соединяется в точных местах, называемых сайтами сплайсинга, перед трансляцией в белок.
«Открытие этого исключения может повлиять на текущие представления о том, как ошибки сплайсинга, вызванные мутациями в последовательности ДНК, приводят к таким заболеваниям, как рак и различные генетические расстройства», — говорит профессор CSHL Адриан Крайнер, руководивший исследованием, опубликованным 15 мая в журнале Genes & Development.
Для синтеза белка инструкции, закодированные в его гене, сначала копируются с ДНК в РНК. Эта первоначальная копия, пре-мРНК, затем редактируется: ненужные фрагменты — последовательности нуклеотидов, называемые интронами, — вырезаются, а оставшиеся (экзоны) сшиваются. Чтобы механизм работал правильно, сплайсинговая машинерия клетки должна сначала найти правильный сайт сплайсинга в начале каждого интрона на целевой пре-мРНК с помощью другой, меньшей РНК под названием U1.
U1 находит правильные места, или сайты сплайсинга, выстраиваясь напротив целевой РНК и спаривая свои собственные нуклеотиды (A, U, C, G) с нуклеотидами мишени (A с U, C с G или наоборот). Способность U1 распознавать сайты сплайсинга сильнее всего, когда спаривается до 11 оснований, но в большинстве случаев образуется меньше пар.
Однако два года назад Крайнер и постдок Ксавьер Рока обнаружили, что РНК U1 может распознавать даже, казалось бы, несовершенные сайты сплайсинга без правильной последовательности. Вместо выстраивания напротив первого нуклеотида последовательности интрона, U1 иногда может сместиться вниз по последовательности к следующему основанию, если это позволит образовать больше пар и создать более сильное соответствие.
Теперь Крайнер и Рока обнаружили второй, гораздо более распространённый альтернативный вариант. Вместо смещения от первого основания, они показали с помощью экспериментальных и вычислительных подходов, что одно или несколько оснований на U1 или её мишени могут «выбухать» — отходить от линии спаривания — если это позволяет окружающим нуклеотидам создать более сильное соответствие между U1 и мишенью.
На основе изучения сайтов сплайсинга примерно в 6500 человеческих генах они оценили, что до 5% всех сайтов сплайсинга, присутствующих в 40% человеческих генов, используют этот механизм «выбухания» для распознавания. Интересно, что некоторые из этих атипично распознаваемых сайтов находятся в генах, мутации в которых приводят к болезням, а другие — это сайты, где может происходить альтернативный сплайсинг, позволяющий одной пре-мРНК давать начало разным белкам.
«Это исследование расширяет наши представления о правилах распознавания сайтов сплайсинга с помощью U1», — сказал Майкл Бендер из Национального института общих медицинских наук NIH, частично поддержавшего работу. «Расширяя понимание работы процесса сплайсинга, эти результаты могут помочь точнее определить дефекты сплайсинга, лежащие в основе некоторых заболеваний, и разработать новые методы их лечения».