Обнаружены необычно «липкие» РНК smOOPs, организующие клетки
Внутри клеток РНК и белки образуют крошечные, похожие на жидкость капли — биомолекулярные конденсаты. Они необходимы для организации клеточной жизни, но почему одни РНК легче слипаются, чем другие, оставалось неясным. Нарушения в формировании конденсатов связаны с дефектами развития, раком и нейродегенеративными заболеваниями.
Исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) обнаружили новый класс РНК под названием smOOPs и лучше поняли механизм образования биомолекулярных конденсатов. Результаты опубликованы в журнале Cell Genomics.
Биологические конденсаты действуют как организационные центры, поддерживая множество клеточных функций — от регуляции генов до реакции на стресс. «Эти биологические конденсаты — скопления, возникающие в результате фазового разделения, процесса, при котором молекулы отделяются от своего окружения, подобно тому, как масло отделяется от воды», — объясняет профессор Миха Модич из KIT. «Внутри клеток этот процесс заставляет РНК и белки формировать отдельные капли без мембран».
В новом исследовании, проведённом совместно с учёными из Национального института химии Словении и Института Фрэнсиса Крика, команда Модича объединила экспериментальный анализ с глубоким обучением, чтобы определить, какие РНК склонны к кластеризации. Используя этот подход, исследователи идентифицировали ранее неизвестный класс РНК, активных на ранних стадиях развития, и назвали их smOOPs (semi-extractable and orthogonal organic phase separation-enriched RNAs).
«Липкие» РНК влияют на клеточную организацию
«На ранних стадиях развития каждое клеточное состояние экспрессирует уникальный набор РНК, склонных к конденсации. Эти РНК "настраивают" или формируют ландшафт фазового разделения для данной клетки», — говорит Модич. «Мы обнаружили, что smOOPs необычно "липкие", высокоспецифичны для типа клеток и присутствуют во время раннего развития. Они устойчивы к стандартным методам экстракции РНК и сильно связаны с РНК-связывающими белками». Более того, smOOPs видимо кластеризуются внутри клеток и более взаимосвязаны, чем ожидалось, что демонстрирует их естественную склонность к конденсации.
С помощью глубокого обучения исследователи выяснили, что smOOPs имеют отличительные черты: это длинные транскрипты с низкой сложностью последовательности, сильным внутренним сворачиванием и характерными паттернами связывания белков. Также было обнаружено, что белки, кодируемые этими РНК, также склонны содержать длинные гибкие сегменты, способствующие конденсации.
«Это указывает на интригующее взаимодействие между особенностями РНК и белков в фазовом разделении», — говорит Модич. «Открытие smOOPs не только расширяет наше понимание РНК, склонных к конденсации, но и показывает, как сочетание биохимических экспериментов с глубоким машинным обучением может раскрыть скрытую логику молекулярных сетей жизни».
Новые данные для дальнейших исследований
Изучение того, как клетки поддерживают свою внутреннюю организацию, имеет решающее значение для понимания биологии. «И РНК, и белок вносят вклад в образование конденсатов. Эта связь становится особенно важной в развитии. Когда этот механизм выходит из строя, это вызывает болезни», — объясняет Модич.
«Обнаружив smOOPs и их сеть РНК–РНК взаимодействий, мы теперь имеем концептуальную и механистическую основу для интерпретации патогенных конденсатов при заболеваниях».