Доказательство: молекулы тянут РНК для обеспечения точности производства белков

Сплайсинг — критический биологический механизм. Ошибки в нём связаны как минимум с 15% человеческих болезней, включая некоторые виды рака и нейродегенеративные заболевания. Альтернативный сплайсинг также значительно увеличивает количество белков, которые может кодировать один ген.

Учёные из Чикагского университета обнаружили, как два фермента — хеликазы Prp16 и Prp22 — играют критическую роль в контроле качества во время сплайсинга. Согласно исследованию, опубликованному в Cell 25 февраля, эти молекулы, вероятно, прикладывают физическое натяжение к РНК, чтобы предотвратить разрезание в неправильных местах.

Новый механизм контроля

Ранее считалось, что хеликазы Prp16 и Prp22, двигаясь вдоль цепи пре-мРНК, физически сбивают сплайсосому (молекулярную машину для сплайсинга) с неправильных сайтов сплайсинга. Однако эксперименты команды опровергли эту модель.

Используя технику с заменой сегмента РНК на ДНК (которая служила барьером для движения хеликаз), учёные обнаружили, что Prp16 и Prp22 всё равно предотвращали неправильный сплайсинг, даже когда не могли добраться до сплайсосомы. Это привело к новой модели: хеликазы, действуя на расстоянии, прикладывают физическое натяжение к цепи РНК, буквально "вытягивая" субоптимальные сайты сплайсинга из сплайсосомы.

"Эти ферменты проверки эффективно тянут и дёргают РНК, и посредством этого действия на расстоянии могут извлекать субоптимальные сайты из сплайсосомного аппарата", — сказал старший автор исследования Джонатан Стэйли.

Роль в альтернативном сплайсинге

Исследователи также обнаружили, что Prp16 и Prp22 играют ключевую роль в поиске альтернативных сайтов сплайсинга. В экспериментах, где сплайсосома была намеренно остановлена на неоптимальном сайте, добавление этих хеликаз позволяло ей находить и использовать другие, ранее не наблюдавшиеся сайты. Без Prp16 альтернативный сплайсинг не происходил.

"Мы обнаружили, что эти хеликазы предотвращают сплайсинг на одном сайте, но позволяют ему произойти на другом. Это первые доказательства того, что они действуют как факторы альтернативного сплайсинга", — отметил Стэйли.

Медицинские перспективы

Учёные предполагают, что сплайсосома сильно притягивается к оптимальным сайтам и слабо — к неправильным. Натяжение, создаваемое хеликазами, легко смещает субоптимальные сайты, в то время как оптимальные остаются стабильными достаточно долго для завершения реакции.

Поскольку РНК-хеликазы эволюционно консервативны, они могут играть важную роль в жизненном цикле патогенов, таких как вирус гепатита C, лихорадки денге и вирус Зика. Понимание их механизма открывает возможности для поиска мутаций, связанных с болезнями, и разработки методов манипулирования процессом сплайсинга.

"Ошибки всего в один нуклеотид от правильного сайта во время сплайсинга могут нарушить экспрессию гена и иметь разрушительные последствия для клетки", — добавил Стэйли.