Неожиданная пауза: учёные обнаружили новое явление в работе РНК, бросающее вызов догмам

Некоторые молекулы матричной РНК (мРНК) проводят время в «спящем» состоянии, вместо того чтобы немедленно выполнять свою основную задачу — доставлять инструкции для сборки белков в клетках. Новое исследование предполагает, что это не ошибка, а запрограммированный этап для РНК, произведённых определёнными типами генов, включая гены, контролирующие деление клеток и определяющие локализацию белков.

Это открытие указывает, что производство белков в клетках может быть сложнее, чем описано в учебниках биологии.

«Это может означать, что существует больше вариаций белков в нашем организме, чем мы осознаём; это означает, что мРНК могут храниться и реактивироваться, и мы не знаем, какие биологические процессы это затрагивает — это может влиять на эмбриональное развитие, неврологическую активность или даже рак», — сказал Дэниел Шёнберг, ведущий автор исследования из Университета штата Огайо.

Открытие цитоплазматического рекэппинга

Исследователи обнаружили это явление, изучая происхождение кэп-структуры на 5'-конце мРНК, которая координирует короткую жизнь этой молекулы. Ранее считалось, что после выполнения своей функции кэп удаляется, и мРНК деградирует.

Однако в 2009 году лаборатория Шёнберга обнаружила, что некоторые мРНК, считавшиеся деградировавшими, всё ещё присутствовали в цитоплазме клетки. Они были укорочены, но на их новых концах снова находились кэпы. Это означало, что процесс удаления и повторного добавления кэпа (декэппинг и рекэппинг) происходит вне ядра, в цитоплазме.

В новом исследовании учёные нашли доказательства того, что это не случайность, а регулируемый процесс. Блокировка цитоплазматического рекэппинга в лабораторных клетках и анализ более 55 000 РНК показали два разных пути:

• Одни мРНК без кэпа быстро разрушались.
• Другие мРНК оставались стабильными в некэпированном состоянии, что указывало на возможность их хранения и последующей реактивации.

«Это говорит о полном фундаментальном пересмотре взаимосвязи между геном, матричной РНК и белком. Всё сложнее, чем мы думали», — отметил Шёнберг.

Специфичность и возможные последствия

Биоинформатический анализ показал, что в некэпированном/рекэпированном состоянии в цитоплазме находятся мРНК от очень специфичных генов. Эти гены контролируют ключевые для выживания клетки процессы:

• Определение локализации белков и РНК внутри клетки.
• Митотический клеточный цикл (часть процесса деления клеток).

«Это не было случайным. Очень специфичные семейства мРНК регулируются таким образом, и это имеет последствия для того, как белки экспрессируются и регулируются», — подчеркнул Шёнберг.

Это открытие позволяет по-новому взглянуть на известные биологические механизмы:

• Нейронная коммуникация: мРНК могут храниться в «молчащем» (некэпированном) состоянии при транспорте на большие расстояния (например, от спинного мозга к кончику пальца), а цитоплазматический рекэппинг может активировать их для синтеза белка в нужный момент.
• Рак: процесс может приводить к синтезу укороченных белков (без регуляторных доменов) вместо полноразмерных. Вмешательство в этот процесс потенциально может повлиять на злокачественность.
• Протеомное разнообразие: одна мРНК в результате цикла декэппинга/рекэппинга может давать начало нескольким вариантам белка разной длины.

Исследование опубликовано в открытом журнале Cell Reports. Лаборатория Шёнберга планирует дальнейшее изучение этого явления на линии клеток рака молочной железы.