Эффективность сплайсинга в разных типах человеческих клеток оказалась низкой
Исследование, опубликованное в журнале RNA, показало, что процесс сплайсинга (удаления интронов из пре-мРНК) в человеческих клетках является неэффективным. Большинство интронных последовательностей остаются нетронутыми во время синтеза транскриптов. Также обнаружены вариативные паттерны между разными интронами внутри одного гена и в различных клеточных линиях.
Как изучали процесс
Учёные из Мичиганского университета проанализировали большой массив данных Bru-seq, накопленных за 10 лет. Для всестороннего анализа эффективности сплайсинга на уровне всего генома были отобраны шесть клеточных линий с достаточной глубиной данных.
Bru-seq — технология, разработанная в лаборатории, основана на селективном захвате вновь синтезированной РНК, меченной бромуридином. Последовательность новообразованных РНК определяли в University of Michigan Advanced Genomics Core, а для анализа эффективности сплайсинга использовали специально разработанный вычислительный конвейер.
Сложность и неэффективность сплайсинга
Сплайсинг — чрезвычайно сложный процесс, в котором задействовано около 300 белков, образующих сплайсосомный комплекс. Он собирается ко-транскрипционно на каждом стыке интрона по мере синтеза РНК.
«Сплайсинг — невероятно сложный процесс из-за огромного числа белков, которым необходимо многократно собираться и разбираться на каждом стыке. Скорость транскрипции высока, поэтому процесс сплайсинга должен быть хорошо организован. Многие этапы могут пойти не так и привести к различным патологиям», — пояснил биоинформатик Каран Беди.
Исследователи также идентифицировали ряд RNA-binding proteins, которые с разной степенью связываются с интронами, экзонами или их соединениями, регулируя процесс.
Эволюционная «неаккуратность»
Ключевой вопрос, поднятый исследованием: зачем клетка тратит энергию на производство неточно сплайсированных РНК?
Профессор Матс Юнгман указывает на эволюционную роль интронов: их включение в гены позволило повысить разнообразие белков за счёт «перетасовки» кодирующих экзонных последовательностей.
«Если бы сплайсинг каждый раз был полностью точным и эффективным, разнообразие белковых последовательностей было бы намного ниже. Мы полагаем, что эволюция сформировала определённую степень "неаккуратности" в процессе сплайсинга. Наше исследование на сегодняшний день является наиболее всесторонним изучением ко-транскрипционного сплайсинга в масштабе всего генома, и оно чётко документирует вариабельность этого процесса в разных генах и типах клеток», — добавил Юнгман.
Исследование подчёркивает сложность обработки новых транскриптов в зрелые мРНК и открывает фундаментальные вопросы для дальнейшего изучения, что важно для понимания причин заболеваний, вызванных нарушением сплайсинга.