Новый набор методов помогает характеризовать внутренние сайты входа рибосом в клетках
Рибосома — одна из древнейших молекулярных машин в эволюционном плане — лишь недавно была признана активным регулятором экспрессии генов на уровне биосинтеза белка. Этот процесс важен для развития и функции клеток, в ходе которого генетическая информация преобразуется в белки. Финальный этап, на котором информация, закодированная в матричной РНК (мРНК), передаётся, называется трансляцией.
Исследовательская группа «Иммунобиохимия» под руководством профессора Катрин Леппек из Института клинической химии и клинической фармакологии (IKCKP) в UKB изучает контроль трансляции с помощью прямого взаимодействия рибосомы с мРНК.
«Как центральная трансляционная машинерия, необходимая для всей жизни, рибосома и связанные с ней факторы, такие как белки или структуры РНК, находятся в центре нашего исследовательского интереса», — говорит профессор Леппек, член кластера передового опыта ImmunoSensation2 Боннского университета. «Всё больше данных свидетельствует о том, что состав рибосомы влияет на селективную трансляцию таким образом, что специализированные рибосомы предпочтительно связывают и транслируют определённые мРНК».
Роль IRES в экспрессии генов
В качестве примера таких структур, играющих важную роль в инициации трансляции и, следовательно, в регуляции экспрессии генов, боннские исследователи изучили внутренние сайты входа рибосом (IRES). Это специализированные, свёрнутые последовательности внутри цепи РНК, которые хорошо известны в генетическом материале вирусов, чтобы захватывать рибосомы хозяина после заражения. Например, вирус гепатита C или полиовирус способны запускать производство новых вирусных белков независимо от всех факторов инициации благодаря своим IRES-элементам.
Благодаря рекрутированию рибосом, последовательности IRES позволяют инициировать трансляцию независимо от 5'-кэпа мРНК. Это защитный кэп, которым снабжены собственные цепи мРНК хозяина, что позволяет трансляцию в нормальных условиях, но блокирует её при вирусной инфекции.
Отсутствие единого стандарта для чёткой характеристики IRES
IRES впервые были описаны в вирусном геноме, где они позволяют репликацию вирусов в заражённых клетках за счёт рекрутирования рибосом хозяина. Однако в последние десятилетия всё больше IRES также описаны в эукариотических клетках, которые, в отличие от вирусов, имеют ядро.
«Это укрепляет общее мнение, что эти элементы также участвуют в регуляции трансляции в эукариотических клетках», — говорит Филипп Кох из исследовательской группы Леппек в UKB и докторант Боннского университета. Он является первым автором статьи, опубликованной в The EMBO Journal.
Его коллега и соавтор Мартин Хайманн, также докторант Боннского университета, добавляет: «Однако серьёзной проблемой была точная и надёжная характеристика вновь описанных IRES, особенно из эукариотических мРНК, что было затруднено из-за технических препятствий и артефактов, связанных с существующими технологиями, использовавшимися до сих пор».
В своей текущей исследовательской работе боннские учёные собрали и протестировали ряд универсальных методов, которые в совокупности позволят в будущем надёжно характеризовать IRES. Один важный метод включает использование репортёрных циркулярных РНК, которые можно использовать для подтверждения IRES-опосредованной активности РНК-элементов.
Другие методы включают количественные методы окрашивания отдельных мРНК в ткани эмбриона мыши и определение скорости трансляции отдельных мРНК, содержащих IRES.
«Такой комплексный набор методов, который можно применять в культивируемых клетках и ткани эмбриона, представляет собой новый золотой стандарт для надёжного тестирования и характеристики IRES», — говорит Кох. Профессор Леппек добавляет: «Сильные элементы IRES имеют прямое отношение к синтетической биологии и новым мРНК-терапевтическим средствам».