РНК с неожиданным сахарным покрытием

Учёные обнаружили, что молекулы РНК, покрытые сахарами, находятся на поверхности клеток млекопитающих.

Эти так называемые «глико-РНК» выступают из внешней мембраны клеток, где могут взаимодействовать с другими молекулами. Это открытие, о котором сообщили 17 мая 2021 года в журнале Cell, опровергает текущее понимание того, как клетка обрабатывает РНК и гликаны (сахара).

«Это, вероятно, был самый большой научный шок в моей жизни», — говорит автор исследования Кэролин Бертоцци, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) в Стэнфордском университете. «Согласно той схеме, в рамках которой мы понимаем клеточную биологию, нет места, где бы сахара-гликаны и РНК физически соприкасались».

Обычно РНК создаётся в ядре и транспортируется в цитоплазму, где служит шаблоном для создания белков. До сих пор учёные считали, что гликаны содержатся отдельно. Но новая работа предполагает, что две молекулы действительно встречаются, а сахарные РНК отправляются на поверхность клетки.

Молекула, которой не должно быть

Исследователи десятилетиями изучали «гликобиологию». Среди прочих функций, сахара играют ключевую роль в клеточной коммуникации. Ранее учёные находили гликаны, присоединённые к белкам и липидам. Гликомолекулы даже усеивают клеточные стенки бактерий и грибов, помогая клеткам общаться и заражать своих хозяев.

До сих пор гликобиология и РНК-биология не пересекались. Учёные в этих двух областях используют разную химию и методы для изучения своих молекул. Соавтор исследования Райан Флинн, работавший с РНК в аспирантуре, не сталкивался с гликобиологией, пока случайно не встретил студента из лаборатории Бертоцци. Он заинтересовался.

В 2017 году Бертоцци взяла Флинна в лабораторию в качестве постдока. Он начал искать глико-РНК, химически помечая гликаны внутри клетки, а затем ища РНК среди помеченных молекул. Он проводил эксперименты месяцами, но ничего не находил. Однако его «негативный контроль» — поиск глико-РНК в аппарате Гольджи, где РНК не ожидалось, — постоянно давал положительный результат.

Команда думала, что эксперимент был загрязнён. Флинн провёл все возможные эксперименты, чтобы исключить, что сигнал исходит не от РНК. Ответ не менялся. Он нашёл глико-РНК в каждом типе клеток, которые мог вырастить в лаборатории, в тканях мышей и, позже, на поверхности клеток.

«Они применили все возможные способы, которые можно представить, чтобы подтвердить наличие РНК, модифицированной гликаном», — говорит химический биолог Чуань Хэ, исследователь HHMI в Чикагском университете, не участвовавший в работе.

Неожиданная связь

Исследователи в лаборатории Бертоцци также изучали тип клеточных поверхностных белков под названием «Siglecs». Эти молекулы связываются с гликанами и играют роль в иммунной системе. Флинн задался вопросом, могут ли Siglecs также связываться с новооткрытыми глико-РНК.

Он протестировал 12 различных молекул Siglec и обнаружил, что две из них прилипают к глико-РНК. Поиск в литературе показал, что одна из молекул Siglec ранее была связана с аутоиммунным заболеванием — волчанкой.

Это открытие начинает заполнять новую и формирующуюся картину биологии: РНК находится на поверхности клетки, украшенная сахарами. Эти сахара прилипают к белкам Siglec, которые помогают иммунной системе отличать «своих» от «чужих».

Учёным предстоит ещё многое узнать, чтобы понять, как — или если — глико-РНК вовлечены в иммунную сигнализацию. Флинн, который теперь руководит собственной лабораторией в Бостонской детской больнице и Гарвардском университете, планирует исследовать эти вопросы.

Бертоцци отмечает, что свобода преследовать маловероятное наблюдение сделала открытие глико-РНК возможным. «Это то, что предоставил HHMI. Если бы я была начинающим учёным, который наткнулся на это и подал заявку на грант NIH, нас бы высмеяли».