Исследователи пересадили систему редактирования РНК мха в клетки человека
Для бесперебойной работы живых клеток генетическая информация должна быть корректной. Однако со временем в ДНК накапливаются ошибки из-за мутаций. Наземные растения выработали особый механизм коррекции: они исправляют ошибки не напрямую в геноме, а в каждой отдельной транскрипции (РНК). Исследователи из Боннского университета пересадили эту корректирующую систему из мха Physcomitrium patens в клетки человека. К удивлению, корректор начал работать и там, но по своим правилам. Результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
В клетках растений, как и на стройплощадке, кипит работа. Чертежи в виде ДНК хранятся не только в ядре, но и в «электростанциях» клетки — митохондриях, а также в хлоропластах. Эти чертежи содержат инструкции по сборке белков. Информация из митохондрий и хлоропластов передаётся путём создания транскриптов (РНК), которые затем используются для производства нужных белков.
Ошибки накапливаются со временем
Со временем мутации вызывают накопление ошибок в ДНК, которые необходимо исправлять для получения идеально функционирующих белков. В противном случае энергоснабжение растений нарушится. Стратегия коррекции кажется неэффективной: вместо того чтобы исправить ошибки непосредственно в ДНК, они «чинятся» в каждой из множества РНК с помощью процессов редактирования РНК.
«Почему живые клетки прилагают такие усилия, мы не знаем, — говорит доктор Марейке Шалленберг-Рюдингер из Института клеточной и молекулярной ботаники (IZMB) Боннского университета. — Предположительно, эти мутации усилились, когда растения вышли из воды на сушу в ходе эволюции».
В 2019 году команде IZMB под руководством профессора Фолькера Кноопа удалось пересадить процессы редактирования РНК из мха Physcomitrium patens в бактерию Escherichia coli. Было показано, что репарационные белки мха могут модифицировать и РНК этих бактерий.
Теперь исследователи из IZMB вместе с командой профессора Оливера Й. Грусса из Института генетики Боннского университета пошли дальше: они перенесли систему редактирования РНК из мха в стандартные линии человеческих клеток, включая клетки почек и раковые клетки. «Наши результаты показали, что механизм коррекции наземных растений работает и в клетках человека, — сообщает первый автор Елена Леш. — Ранее это было неизвестно».
Но это ещё не всё: машины редактирования РНК PPR56 и PPR65, которые у мха действуют только в митохондриях, также вносят изменения нуклеотидов в РНК-транскрипты ядра в человеческих клетках.
Более 900 мишеней
Неожиданно для исследовательской группы PPR56 вносит изменения более чем в 900 точек атаки в мишенях человеческих клеток. У мха же этот РНК-корректор отвечает только за два сайта редактирования.
«В клетках человека гораздо больше ядерных РНК-транскриптов, чем митохондриальных транскриптов у мха, — объясняет доктор Шалленберг-Рюдингер. — В результате появляется гораздо больше мишеней для атаки редакторов». Хотя редакторы следуют определённому коду, на данном этапе ещё невозможно точно предсказать, где именно машины редактирования будут вносить изменения в клетках человека.
Однако обилие мишеней для редактирования РНК в клетках человека также даёт возможность в ходе дальнейших исследований больше узнать об основных механизмах работы корректоров. Это может стать основой для методов индукции очень специфических изменений в РНК клеток человека с помощью корректора.
«Если бы мы могли исправлять ошибочные участки в генетическом коде с помощью методов редактирования РНК, это потенциально открывало бы возможности для лечения наследственных заболеваний, — говорит Шалленберг-Рюдингер, заглядывая в будущее. — Сработает ли это, покажет время».