Учёные обнаружили двуфункциональную матричную РНК
Впервые исследование под руководством Джулиана Чена из Университета штата Аризона обнаружило беспрецедентный путь образования РНК теломеразы из кодирующей белок матричной РНК (мРНК).
Центральная догма молекулярной биологии описывает порядок передачи генетической информации от ДНК для синтеза белков. мРНК переносят эту информацию из ядра клетки в цитоплазму, где создаются белки.
"На самом деле, существует много РНК, которые не используются для создания белков, — пояснил Чен. — Около 70% генома человека используется для производства некодирующих РНК".
РНК теломеразы — одна из таких некодирующих РНК. Она объединяется с белками теломеразы, формируя фермент теломеразу, который критически важен для клеточного бессмертия в раковых и стволовых клетках. В этом исследовании группа Чена показала, что у грибов РНК теломеразы образуется из кодирующей белок мРНК, а не синтезируется независимо.
"Это открытие меняет парадигму. Большинство молекул РНК синтезируются независимо, а мы обнаружили двуфункциональную мРНК, которую можно использовать для производства белка или для создания некодирующей РНК теломеразы, что действительно уникально", — сказал Чен.
Исследование проводилось на модельном грибковом организме Ustilago maydis (головнёвая кукурузная болезнь, или "мексиканский трюфель"). Изучение РНК и биологии теломер у этого организма может помочь в поиске новых механизмов метаболизма мРНК и биогенеза теломеразы.
Почему важно изучать РНК теломеразы?
Теломераза существует почти у всех эукариот, включая человека, и играет ключевую роль в старении и раке. Типичные человеческие клетки имеют ограниченный репликативный срок жизни ("предел Хейфлика"), напрямую связанный с числом теломерных повторов ДНК на концах хромосом.
При каждом делении клетки теломерная ДНК укорачивается, что действует как "молекулярные часы", отсчитывающие время до прекращения деления. Теломераза противодействует этому процессу, удлиняя теломеры, добавляя потерянные повторы ДНК и продлевая жизнь клетки.
Теломераза удлиняет теломеры, многократно синтезируя короткие повторы из шести нуклеотидов с последовательностью "GGTTAG" на концах хромосом, используя матрицу в своей собственной РНК-компоненте.
Укорочение теломер негативно влияет на способность к делению стволовых клеток человека. Активность теломеразы в них лишь замедляет ход "молекулярных часов", но не делает клетки полностью бессмертными. Поэтому у пожилых людей стволовые клетки истощаются, что приводит к увеличению времени заживления и деградации тканей органов.
Раскрытие полного потенциала теломеразы
Понимание регуляции теломеразы обещает возможность обратить вспять укорочение теломер и клеточное старение, потенциально продлевая жизнь человека.
Такие заболевания, как дискератоз врождённый, апластическая анемия и идиопатический фиброз лёгких, генетически связаны с мутациями, негативно влияющими на активность теломеразы и ускоряющими потерю длины теломер. Это ускоренное укорочение напоминает преждевременное старение.
Хотя увеличение активности теломеразы может омолодить стареющие клетки, её избыток опасен. Раковые клетки также используют теломеразу для поддержания своего аномального роста. Усиление функции теломеразы должно быть точным, балансируя между омоложением клеток и повышенным риском развития рака.
В отличие от стволовых клеток, соматические клетки (большинство клеток тела) не имеют активности теломеразы, что снижает риск развития рака. Следовательно, лекарства, увеличивающие активность теломеразы, должны действовать исключительно на стволовые клетки.
Изучение биогенеза РНК теломеразы у Ustilago maydis может выявить новые механизмы регуляции теломеразы и предложить новые направления для разработки антивозрастной и противораковой терапии.
Исследование "Biogenesis of telomerase RNA from a protein-coding mRNA precursor" опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.