РНК контролирует сплайсинг при экспрессии генов, новое доказательство происхождения современной жизни из «мира РНК»
Учёные из Чикагского университета сообщают, что РНК является ключевым функциональным компонентом сплайсосом — молекулярных машин, контролирующих экспрессию генов. Открытие, опубликованное 6 ноября в Nature, доказывает, что именно РНК, а не белок, ответственна за катализ этого фундаментального биологического процесса, и укрепляет гипотезу о том, что жизнь на Земле зародилась в мире, основанном исключительно на РНК.
«Два из трёх основных процессов в экспрессии генов эукариот — сплайсинг и трансляция — теперь доказано катализируются РНК», — сказал Джонатан Стэйли, соавтор исследования. «Путь экспрессии генов у эукариот в большей степени основан на РНК, чем на белках».
Для экспрессии генов ДНК должна быть переведена в белки. Сначала генетическая информация копируется в цепи матричной РНК (mRNA), которые затем используются для создания белков.
У эукариот почти все гены подвергаются альтернативному сплайсингу, когда предшественник mRNA разрезается и сшивается вновь во множество различных комбинаций. Это значительно увеличивает количество белков, кодируемых одним геном. Сплайсинг — критически важный механизм: например, не менее 15% всех болезней человека связаны с ошибками сплайсинга.
Сплайсосомы, состоящие из белков и коротких некодирующих фрагментов РНК, осуществляют сплайсинг путём катализа. Однако предыдущие исследования предполагали, что за это может быть ответственна РНК в составе сплайсосомы.
Чтобы это проверить, исследователи сначала отключили способность сплайсосомы к самокоррекции ошибок. Затем они модифицировали отдельные атомы в сайтах на предшественниках mRNA, которые разрезаются при сплайсинге, а также на U6 — РНК-субъединице сплайсосомы, предположительно важной для катализа. Некоторые модификации делали сплайсинг неэффективным. Учёные систематически «спасали» эту потерю функции, исследуя сайты по отдельности и в комбинации. Это позволило определить места, критически важные для функции сплайсинга, и выявить связи между U6 и предшественниками mRNA.
Команда обнаружила, что РНК-субъединица U6 напрямую контролирует каталитическую функцию, фактически выступая в роли «лезвия» сплайсосомы. Это первое экспериментальное доказательство того, что РНК является ключевым функциональным компонентом этого механизма.
Также были обнаружены поразительные сходства в структуре и функции между РНК сплайсосом и группой II интронов — эволюционно древним классом само-сплайсирующихся каталитических РНК, обнаруженных во всех основных ветвях жизни. Учёные полагают, что это указывает на общее эволюционное происхождение двух этих РНК-катализаторов сплайсинга, предоставляя дополнительные доказательства, что ключевые современные РНК-белковые комплексы, включая сплайсосому и рибосому, эволюционировали из мира РНК.
«В современной жизни большинство биологических реакций катализируют белковые ферменты, — сказал Джозеф Пиччирилли, соавтор работы. — Обнаружение того, что такая система, как сплайсосома, которая содержит больше белка, чем РНК, использует для катализа РНК и имеет молекулярного предка, полностью состоящего из РНК, предполагает, что реакционный центр сплайсосомы может быть молекулярным ископаемым из "мира РНК"».