Новая технология покажет, как РНК регулирует активность генов
Международная команда с участием биоинформатика из Исследовательского центра биотехнологий РАН и МФТИ разработала надёжный метод для оценки роли длинных некодирующих РНК (lncRNA), обнаруженных в геноме млекопитающих. Технология RADICL-seq позволяет комплексно картировать взаимодействия каждой РНК со всеми целевыми областями генома.
РНК и регуляция генов
Ранее считалось, что РНК в основном служит посредником в построении белков на основе ДНК. Однако оказалось, что не вся ДНК кодирует РНК, и не вся РНК кодирует белки. Учёные приходят к выводу, что РНК — один из факторов, определяющих, какие гены экспрессируются. Известно, что длинные некодирующие РНК взаимодействуют с хроматином — ДНК, плотно упакованной с белками, и способствуют изменению его конформации и активности генов.
Как это работает
Метод RADICL-seq (RNA and DNA Interacting Complexes Ligated and Sequenced) решает недостатки существующих технологий картирования РНК-хроматиновых взаимодействий. Он даёт более точные результаты и сохраняет клетки интактными до лигирования контактов.
Основные этапы метода:
- РНК сшивается с близлежащими белками в ядре клеток формальдегидом.
- ДНК разрезается на фрагменты.
- Обработка RNase H снижает содержание рибосомальной РНК, повышая точность.
- С помощью адаптера-мостика проксимальные ДНК и РНК лигируются.
- После отмены сшивки химера РНК-адаптер-ДНК конвертируется в двухцепочечную ДНК для секвенирования.
Расшифровка некодирующих РНК
По сравнению с другими методами, RADICL-seq картировал взаимодействия РНК с хроматином с более высокой точностью. Технология также позволила детектировать взаимодействия хроматина не только с некодирующими, но и с кодирующими РНК, включая те, что находятся далеко от своего локуса транскрипции. Исследование подтвердило важную роль lncRNA в регуляции экспрессии генов на значительном расстоянии.
Технологию можно использовать для изучения специфичных для типа клеток взаимодействий. Учёные доказали это на примере двух некодирующих РНК в клетках мыши, одна из которых, возможно, ассоциирована с шизофренией. Паттерн взаимодействия хроматина с этими РНК в двух разных клетках — эмбриональной стволовой клетке и клетке-предшественнике олигодендроцитов — коррелировал с предпочтительной экспрессией генов в этих типах клеток.
Гибкость метода позволяет получать дополнительную биологическую информацию. В частности, технология может идентифицировать прямые РНК-ДНК взаимодействия, не опосредованные белками хроматина. Анализ показал, что в регуляции генов могут участвовать не только стандартные взаимодействия двойной спирали между ДНК и РНК, но и взаимодействия с образованием РНК-ДНК триплексов.
«Мы планируем продолжить исследования роли РНК в регуляции экспрессии генов, ремоделировании хроматина и, в конечном итоге, клеточной идентичности. Надеемся, что в ближайшем будущем сможем регулировать гены с помощью этих некодирующих РНК. Это может быть особенно полезно для лечения заболеваний», — говорит Юлия Медведева, руководитель группы в ИЦБ РАН и лаборатории в МФТИ.