Новая технология указывает на неожиданные возможности использования snoRNA во многих типах клеток.

источник: Чикагский университет, https://phys.org/news/2024-11-technique-unexpected-snorna-cell.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-nwletter

ДНК
ДНК, имеющая структуру двойной спирали, может иметь множество генетических мутаций и вариаций. Кредит: NIH

Динамические, обратимые модификации ДНК и РНК регулируют экспрессию и транскрибацию генов, что может влиять на клеточные процессы, развитие заболеваний и общее здоровье организма. Малые ядрышковые РНК (snoRNA) — это распространенная, но недооцененная группа молекул направляющей РНК, которая направляет химические модификации к мишеням клеточной рибосомальной РНК (рРНК), подобно тому, как билетер указывает кому-то его место в театре.

Исследователи из Чикагского университета недавно разработали новый подход к идентификации новых клеточных РНК-мишеней snoRNA. Они обнаружили тысячи ранее неизвестных мишеней для snoRNA в клетках человека и тканях мозга мышей, включая многие из тех, которые выполняют функции, отличные от управления модификациями рРНК.

Статья « Секреция белка , стимулируемая SnoRNA , выявленная с помощью транскриптомной идентификации мишеней snoRNA» была опубликована в ноябре 2024 года в журнале Cell.

Некоторые из недавно обнаруженных взаимодействий с матричной РНК (мРНК) способствуют секреции белка — важному клеточному процессу, который может быть использован для потенциальных терапевтических и биотехнологических целей.

«Когда вы видите так много мишеней для этих snoRNA, вы понимаете, что еще многое предстоит понять», — сказал Чуан Хэ, доктор философии, заслуженный профессор химии имени Джона Т. Уилсона и профессор биохимии и молекулярной биологии в Чикагском университете, а также один из старших авторов статьи.

«Мы уже видим, что они играют роль в секреции белка, что имеет важное значение для физиологии, и это открывает путь к дальнейшему изучению сотен других snoRNA».

Молекулярный клей для секреции белка

В геноме человека известно более 1000 генов, кодирующих snoRNA , но ученые определили РНК-мишени только для 300 из них. Эти мишени в основном включают направляющие модификации для рибосомальной РНК и малой ядерной РНК, участвующей в сплайсинге мРНК.

В течение десятилетий с момента первого открытия snoRNAs исследователи в основном не трогали оставшиеся 700, предполагая, что они выполняют схожие функции. Однако, в отличие от других молекул направляющей РНК, таких как микроРНК, которые имеют одинаковую длину, snoRNAs сильно различаются по длине от 50 до 250 остатков, что позволяет предположить, что они могут выполнять множество различных функций.

За последние 12 лет лаборатория Хэ разработала несколько биохимических и секвенирующих методов для изучения транскрипции, модификаций ДНК и РНК.

В новом исследовании Хэ работал с соавтором Тао Паном, доктором философии, профессором биохимии и молекулярной биологии, чтобы протестировать новый инструмент под названием «snoKARR-seq», который связывает snoRNA с их целевыми связывающими РНК. Бэй Лю, доктор философии, постдокторант Chicago Fellow, который является соруководителем Хэ и Пана, руководил проектом.

«Лаборатория Чуана разработала эту убийственную технологию, чтобы точно узнать, с какой РНК взаимодействует каждая snoRNA на уровне транскриптома», — сказал Пан. «Теперь есть много открытого пространства для всестороннего понимания того, что делают эти 1000 человеческих генов [кодирующих snoRNA]». Большинство недавно обнаруженных мишеней snoRNA не перекрываются с известными сайтами модификации РНК, что позволяет предположить, что snoRNA могут иметь гораздо более широкую функцию в клетках. Одним из неожиданных открытий стало то, что snoRNA под названием SNORA73 взаимодействует с мРНК, которые кодируют секретируемые белки и белки клеточной мембраны.

Секреция белка — это фундаментальный биологический процесс, посредством которого белки транспортируются из клетки во внеклеточное пространство, что имеет решающее значение для различных функций, включая коммуникацию между клетками, иммунные реакции и пищеварение. Исследователи увидели, что SNORA73 действует как «молекулярный клей» между мРНК и механизмом синтеза белка, что помогает облегчить этот процесс.

Дальнейший анализ того, как SNORA73 связывается с мРНК, показал, что синтетические последовательности snoRNA могут быть сконструированы для воздействия на секрецию белка. Исследователи проверили эту гипотезу, настроив репортер зеленого флуоресцентного белка (GFP) для взаимодействия с SNORA73. GFP часто вводят в клетки, чтобы заставить их светиться при определенных условиях, чтобы ученые могли увидеть эффекты экспериментов.

Когда исследователи экспрессировали гены SNORA73 с помощью модифицированного GFP, который может секретироваться клетками, это увеличило секрецию белка на 30–50% по сравнению с контрольной группой.

Эти эксперименты показали, что они могут использовать механизм snoRNA для управления секрецией данного белка, что может быть полезно для разработки терапевтических средств. Например, если болезнь человека связана с дефицитом секретируемых белков, то биоинженеры могут захватить систему, чтобы доставить искусственные snoRNA для увеличения секреции этого белка.

«Поле широко открыто»

Хотя технология синтеза и доставки snoRNAs в нужные места еще не совсем готова, и Хе, и Пан уверены, что эти проблемы можно решить, поскольку она опирается на предыдущие достижения в технологии с использованием других форм РНК. Они также считают, что поскольку snoRNAs специфичны для типов клеток, они могут иметь гораздо более разнообразные функции — и терапевтические возможности — в других местах.

«Подумайте о нейронных клетках, стволовых клетках или раковых клетках. Существует так много типов клеток, которые можно изучать. Поэтому я думаю, что поле для исследований широко открыто», — сказал он.

«Мы с Тао работаем вместе уже более 15 лет, и это прекрасный пример сотрудничества между биологическим и физическим отделениями Чикагского университета. Эта статья — еще один пример того, что такое сотрудничество ведет к открытию новой области биологии».

Дополнительная информация: SnoRNA-облегченная секреция белка, выявленная с помощью транскриптомной идентификации мишени snoRNA, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.10.046 . www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01269-8

Информация журнала: Cell 

Предоставлено Чикагским университетом