Жизненно важная РНК «путешествует автостопом» внутри другого гена, предотвращая вымирание вида

Международная исследовательская группа под руководством Хироки Шибуи из Центра динамических исследований биосистем RIKEN (BDR) в Японии раскрыла ранее неизвестный механизм контроля активности клеток и нашла решение генетической загадки, которая оставалась неразгаданной более 20 лет.

Исследование, опубликованное в Science, показало, что у круглого червя C. elegans жизненно важная РНК, необходимая для поддержания целостности концов хромосом, не имеет собственного гена. Вместо этого она «путешествует автостопом» внутри интрона другого гена. Этот механизм может быть распространён в животном мире и имеет значение для разработки антивозрастных терапий и регенеративной медицины у людей.

Загадка отсутствующего гена

Теломеры — это защитные «колпачки» на концах хромосом. При каждом делении соматических клеток теломеры укорачиваются, что связано со старением. Однако в половых клетках (герминативных клетках) фермент теломераза восстанавливает длину теломер, добавляя новую ДНК с помощью своей РНК-матрицы. У млекопитающих эта РНК кодируется геном TERC. У C. elegans теломераза работает, но гена TERC обнаружить не удавалось.

Неожиданное открытие

Чтобы решить эту загадку, исследователи создали генетически модифицированных червей C. elegans, которые сверхэкспрессировали белок теломеразы. Это позволило собрать большое количество целого комплекса теломеразы, включая её РНК-матрицу.

Используя собранную РНК, учёные нашли соответствующий ей участок в геноме. Оказалось, что у C. elegans эта РНК (названная terc-1) не имеет собственного гена, а расположена внутри интрона гена nmy-2, который экспрессируется только в половых клетках.

«Было удивительно обнаружить, что ключевая РНК скрыта внутри интрона... Это открытие было совершенно неожиданным», — говорит Хироки Шибуя.

Функциональное значение «автостопа»

Эксперименты подтвердили критическую роль terc-1:

• У червей, лишённых terc-1, теломеры укорачивались с каждым поколением, и в течение 15 поколений популяция вымирала.
• Вставка terc-1 в интроны других генов, активных в половых клетках, восстанавливала нормальную длину теломер и предотвращала вымирание.
• Если terc-1 встраивали в интроны генов, активных только в соматических клетках, вымирание не предотвращалось.

Таким образом, «путешествуя автостопом» внутри генов, активных именно в половых клетках, terc-1 производится именно там, где это необходимо. Это обеспечивает поддержание длины теломер у будущих поколений и выживание вида.

Более широкий биологический принцип

Исследователи полагают, что это не уникальный случай.

«Хотя мы обнаружили эту стратегию «автостопа» в интронах у C. elegans, похожие механизмы, вероятно, используются другими некодирующими РНК или существуют у разных видов», — отмечает Шибуя.

Этот механизм, когда время и место экспрессии РНК автоматически контролируются геном-хозяином, указывает на более широкий биологический принцип. Его понимание может помочь в исследованиях регуляции теломеразы в здоровых клетках и преобразовать подходы к лечению возрастных заболеваний, проблем фертильности и в регенеративной медицине.