Новые данные о связывании белков Rbfox проливают свет на развитие мозга
Исследователи из MIT обнаружили, что белки семейства Rbfox, относящиеся к РНК-связывающим белкам (RBPs), связываются не только с основной последовательностью GCAUG, но и с набором других последовательностей РНК — «вторичными мотивами». Это открытие меняет представление о роли Rbfox в регуляции альтернативного сплайсинга и развитии мозга.
От классического взгляда к новой модели
- Семейство Rbfox — одни из наиболее изученных RBPs, играющих ключевую роль в развитии мозга, сердца и мышц млекопитающих. Их дисфункция связана с расстройствами, такими как аутизм и эпилепсия.
- Долгое время считалось, что Rbfox преимущественно связывается со строго определённой последовательностью нуклеотидов GCAUG.
- Используя количественный метод nsRBNS (RNA Bind-n-Seq with natural sequences), аспирантка Бриджит Бегг (первый автор исследования) выявила ряд «вторичных мотивов» со средней аффинностью связывания, которые Rbfox связывает в отсутствие GCAUG.
- Анализ публичных данных CLIP подтвердил, что сигналы для этих мотивов существуют, но ранее игнорировались как «атипичные».
Модель «двух волн» регуляции
На основе экспериментальных и вычислительных данных учёные предложили модель «двух волн» регуляции сплайсинга Rbfox во время развития нейронов:
- Ранняя волна: На ранних стадиях развития, когда концентрация Rbfox ещё невысока, белки связываются преимущественно с высокоаффинными последовательностями GCAUG. Это регулирует гены, участвующие в росте нервов (организация цитоскелета и мембран).
- Поздняя волна: По мере увеличения концентрации Rbfox первичные сайты связывания GCAUG насыщаются, и белки начинают связываться со вторичными мотивами. Это запускает вторую волну регуляции сплайсинга другого набора генов, помогая нейронам устанавливать электрическую и химическую сигнализацию и специализироваться в различные подтипы.
Значение и перспективы
- Молекулярный биолог Джон Конбой отмечает, что количественный анализ взаимодействий Rbfox с РНК даёт новое понимание роли сплайсинга в специализации клеток.
- Исследователи полагают, что подобная модель регуляции, зависящая от концентрации белка и аффинности связывания, может быть характерна и для многих других RBPs, регулирующих развитие.
- Учёт вторичных мотивов в компьютерных моделях позволит лучше понимать регуляцию экспрессии генов и может пролить свет на механизмы заболеваний, связанных с нарушением работы RBPs.
Как заключает Бриджит Бегг: «Регуляция с помощью Rbfox на самом деле сложнее, чем мы иногда думаем». Исследование опубликовано 17 августа в журнале Nature Structural & Molecular Biology.