Распад РНК рассказывает историю производства белка

РНК-мессенджер (mRNA) доставляет информацию для производства белков, необходимых клетке, после чего деградирует. Ранее считалось, что этот распад начинается после завершения трансляции и что распадающиеся молекулы mRNA несут мало биологической информации.

Новое исследование, опубликованное в Cell группой под руководством Ларса Штайнметца из EMBL в Гейдельберге и Стэнфордского университета, опровергает это. Учёные показали, что один конец mRNA начинает разрушаться, в то время как другой всё ещё служит матрицей для синтеза белка. Таким образом, изучение распадающейся mRNA даёт «снимок» процесса производства белков.

Открытие было сделано почти случайно. Исследуя транскрипцию ДНК в mRNA, соавторы Висент Пелечано и Ву Вэй разработали in vivo метод подсчёта распадающихся молекул mRNA в клетке. mRNA имеет защитный «кэп» (cap), предотвращающий её деградацию. Как только кэп удаляется, начинается распад. Исследователи обнаружили неожиданную закономерность в распределении «бескэповой» РНК.

«Мы были очень удивлены, увидев закономерность, так как считалось, что распадающаяся РНК биологически неинтересна. Мы изучили это глубже, потому что это, казалось, было связано с генетическим кодом, но никогда не ожидали, что это приведёт к совершенно новому пониманию взаимодействия mRNA и рибосом», — объясняет Висент Пелечано.

Белки синтезируются из mRNA рибосомами — «молекулярными машинами», которые последовательно движутся вдоль mRNA, транслируя её нуклеотиды в аминокислоты. Считалось, что mRNA начинает разрушаться только после того, как её покинет последняя рибосома и трансляция завершится. Фактически же исследователи установили, что защитный «кэп» удаляется, и деградация начинается, даже пока рибосомы всё ещё связаны с mRNA.

Было показано, что фермент, разрушающий mRNA, следует непосредственно за рибосомой, делая паузы в определённых точках вдоль mRNA — обычно после каждой группы из 3 нуклеотидов (кодона), соответствующей одной аминокислоте. Команда полагает, что это демонстрирует, как фермент делает паузу, пока идёт трансляция, позволяя рибосоме выполнить свою работу и продвинуться дальше, прежде чем начать разрушать участок mRNA, ранее защищённый рибосомой.

Этот новый подход также открывает новые пути для изучения рибосом. «Исследователи, изучающие активность рибосом, обычно используют препараты, чтобы остановить их на месте. Это может исказить наше восприятие их активности. Мы же просто ищем молекулы, оставшиеся от распада mRNA, и определяем их распределение. Мы считаем, что это даёт более точную картину происходящего с mRNA и рибосомой, чем было возможно ранее», — поясняет Ву Вэй из Стэнфордского университета.