Как изменения окружающей среды влияют на форму РНК в живых клетках
Новая технология, разработанная исследователями из Центра Джона Иннеса, позволила выявить влияние условий окружающей среды на динамические структуры РНК в живых клетках.
Исследование, проведенное в сотрудничестве групп профессора Дамы Каролин Дин и доктора Илиан Дин, углубляет понимание того, что происходит на клеточном уровне в ответ на сигналы среды. Это открывает возможность использовать эти знания для тонкой настройки сельскохозяйственных культур или разработки РНК-терапий для таких заболеваний, как COVID-19 (SARS-COV-2).
Предыдущие работы этих групп показали, что два важных генетических элемента, COOLAIR и FLC, взаимодействуют, регулируя молекулярные реакции растений на тепло и холод. Однако было неясно, как структура РНК COOLAIR влияет на регуляцию FLC — генетического "тормоза" цветения у растений.
Исследователи из группы Дин разработали новую технологию, способную анализировать структуру РНК с разрешением на уровне одной молекулы в живых клетках (in vivo).
Использование этой техники позволило им наблюдать изменения структуры РНК. В теплых условиях РНК COOLAIR принимает три преобладающие структуры, и эти формы, а также их пропорции изменились после воздействия на растения низких температур.
Ученые заметили, что изменения конформаций РНК в одной гипервариабельной области COOLAIR влияли на экспрессию FLC. Внося мутации в последовательность этой области РНК, исследователи смогли изменить время цветения растений.
Доктор Дин отмечает, что их "работа показала, что РНК могут принимать различные конформации, или структуры. Эти разнообразные конформации динамически меняются в ответ на внешние условия. В этом исследовании, изменяя структуру РНК, мы изменили время цветения растения".
Понимание того, как структура РНК влияет на ее функцию, и возможность инженерии растительных геномов на уровне РНК в клетках повышает вероятность создания сортов сельскохозяйственных культур с более желательными агрономическими и питательными свойствами.
Группа заявляет, что технология также может быть применена к человеческим клеткам, где структуры РНК могут служить ориентиром для разработки РНК-терапий.
Первый автор работы, доктор Пань Чжу, говорит, что "каждая РНК, вероятно, имеет свой собственный ландшафт структур и конформационное разнообразие. Наша технология позволит нам изучить повсеместную функциональную важность структур РНК в интересующих нас РНК, таких как SARS-COV-2".
Теперь группа планирует поделиться своей новой технологией с промышленными или академическими партнерами, работающими с РНК.
В процессе экспрессии генов ДНК транскрибируется в РНК, которая затем используется для производства белков. РНК часто называют "тонкой молекулой", потому что она одноцепочечная, однако недавние работы подчеркивают ее структурное разнообразие и то, как эти структуры влияют на регуляцию генов и синтез белка.
У растений FLC действует как тормоз цветения — ключевая часть молекулярного механизма, который гарантирует, что растение зацветает только после необходимого периода воздействия холода. COOLAIR является антисмысловой РНК к FLC, связываясь с ним и блокируя его транскрипцию после воздействия холода. Знание этих механизмов будет ключевым для понимания последствий изменения климата.
Исследование опубликовано в журнале Nature.