Расшифровка взаимодействий РНК и белков

Чтобы понять, как работает геном, недостаточно знать последовательность нуклеотидов (A, T, C, G). Необходимо определить функцию каждого участка ДНК и РНК, которые она кодирует. Этой задачей занимается проект ENCODE. Важнейший аспект — изучение РНК-связывающих белков (RBP), которые контролируют судьбу РНК в клетке: её стабильность, локализацию и трансляцию в белки. Однако каталогизировать эти взаимодействия сложно.

В новом исследовании биологи из MIT и их коллабораторы систематически определили специфичность связывания 78 человеческих RBP. Они использовали эффективный одноэтапный метод RNA Bind-n-Seq (RBNS), который точно выявляет предпочтения белков к определённым последовательностям и структурам РНК.

Ключевые выводы:

• Неожиданная избыточность: Многие RBP, независимо от структурного класса, предпочитают схожие короткие, неструктурированные последовательности РНК (мотивы).
• Важность контекста: Специфичность связывания часто определяется не только мотивом, но и контекстными особенностями: нуклеотидами, фланкирующими сайт связывания, расстоянием между мотивами и вторичной структурой РНК.
• Эволюционные преимущества: Такая избыточность и зависимость от контекста могут обеспечивать конкуренцию между белками за сайт связывания, создавать резервирование функций или облегчать эволюцию новых мишеней для RBP.

Методология:

1. Исследователи очищали человеческие RBP и инкубировали их с библиотекой случайных синтетических РНК (~20 нуклеотидов).
2. Комплексы белок-РНК выделяли и секвенировали связанные РНК.
3. Совместно с коллегами из UCSD и UConn Health были проведены дополнительные анализы для проверки результатов в клеточных условиях (in vivo) и определения функций RBP.

Это исследование — один из первых крупных in vitro вкладов в проект ENCODE. В отличие от in vivo методов, зависящих от конкретного типа клеток, RBNS помогает установить фундаментальные правила взаимодействия РНК-белок, применимые в разных тканях.

«РНК в клетке никогда не бывает "голой", её всегда связывают, направляют и модифицируют белки. Чтобы понять посттранскрипционную регуляцию генов, нужно охарактеризовать эти взаимодействия», — говорит Кристофер Бёрдж, старший автор исследования.

Исследование опубликовано в журнале Molecular Cell 7 июня. Ведущие авторы — постдок Дэниел Домингес, бывший аспирант Питер Фриз и аспирантка Мария Алексис.