Разгадан механизм образования piРНК — от начала до конца

PIWI-взаимодействующие РНК (piРНК) — это класс малых регуляторных РНК длиной 22–30 нуклеотидов. Вместе с белками семейства Argonaute они «заглушают» мобильные генетические элементы (транспозоны) в геномах растений, грибов и животных, воздействуя на хроматин или разрушая мРНК транспозонов.

Хотя механизм подавления генов с помощью piРНК изучен хорошо, процесс их образования (биогенеза) оставался неясным. В новой работе, опубликованной в Nature, учёные из Института молекулярной биотехнологии (IMBA, Австрия) раскрыли последовательность событий, которые приводят к формированию piРНК определённой длины и последовательности.

Разгадка биогенеза piРНК

«Мы уже знали, что piРНК образуются из более длинных РНК, которые нарезаются на фрагменты белками Argonaute или эндонуклеазой Zucchini. Это формирует 5'-концы так называемых пре-пиРНК, которые затем загружаются в белки Argonaute, укорачиваются и модифицируются, превращаясь в зрелые piРНК. Поскольку процесс формирования 5'-концов был понятен, наша группа сосредоточилась на 3'-концах, механизм образования которых оставался загадкой почти десять лет», — пояснил один из старших авторов работы Юлиус Бреннеке.

Используя плодовую мушку Drosophila melanogaster, исследователи Rippei Hayashi и Jakob Schnabl выяснили, что формирование 3'-концов piРНК происходит по одной из двух параллельных путей.

«Оказалось, что некоторые 3'-концы piРНК генерирует та же самая эндонуклеаза Zucchini, которая в основном известна формированием 5'-концов», — сказал последний автор статьи Стефан Амерес. — «Но Zucchini объясняет образование лишь части piРНК. Мы обнаружили, что экзонуклеаза Nibbler — это второй ключевой фермент, формирующий 3'-концы piРНК, и поняли, что в клетке действуют два генетически раздельных параллельных пути. Это было настоящее дежавю, поскольку в моей постдокторской работе мы также обнаружили, что Nibbler участвует в созревании некоторых микроРНК — другого класса малых РНК».

Два параллельных пути в гармонии

Помимо раскрытия этих путей, их места действия и влияния на регуляцию генов, команда сделала интересные наблюдения, которые могут пролить свет на эволюцию биогенеза малых РНК.

«Нуклеазы, идентифицированные в этом исследовании, имеют гомологи у животных — от губок до человека. Интересно, что есть заметные исключения. Например, нематоды потеряли фермент Zucchini, а комары рода Anopheles — Nibbler. Неясно, существуют ли у них другие механизмы «подрезки» piРНК или модель двух путей свелась к одному. Примечательно, что при одновременном «выключении» Zucchini и Nibbler у дрозофилы piРНК всё равно могут образовываться — в этом случае за счёт близко расположенных сайтов разрезания, направляемых белками Argonaute. Возможно, этот путь, использующий только Argonaute, является древней системой генерации piРНК, к которой позже добавились такие сложные нуклеазы, как Zucchini и Nibbler, чтобы повысить эффективность и точность биогенеза», — заключает Юлиус Бреннеке.