Новое исследование ученых из Чикагского университета теперь показывает, что эпигенетические модификации мРНК действуют как структурный «переключатель», который — физически открывая пространство в свернутой цепи мРНК — позволяет РНК-связывающим белкам распознавать и читать мРНК. регионы, которые иначе были бы недоступны. Результаты, опубликованные в Nature 25 февраля, дают новое понимание этой новой области исследований.
«Эпигенетические модификации РНК влияют практически на все взаимодействия РНК-белок», — сказал старший автор исследования Тао Пан, доктор философии, профессор биохимии и молекулярной биологии Чикагского университета. «Ожидается, что этот механизм переключения будет работать как главный регулятор широкого спектра биологических активностей, влияя на взаимодействия РНК-белок».Экспрессия генов регулируется несколькими различными механизмами.
Один из таких механизмов, эпигенетические изменения ДНК, хорошо изучен на предмет того, как он способствует активации или деактивации генов. Эпигенетические изменения в РНК также были идентифицированы, но только недавно это явление, широко известное как эпитранскриптом, было изучено на предмет его роли в экспрессии генов.
Наиболее частым эпигенетическим изменением РНК является добавление метильной группы к определенным аденозиновым нуклеотидам, известное как модификация N6-метиладенозина (m6A). Считается, что это представляет собой «код», который влияет на то, как РНК-связывающие белки читают и интерпретируют генетические инструкции, передаваемые РНК.Пан и его коллеги идентифицировали специфические модификации m6A на мРНК, которые усиливали ее взаимодействие с обычным РНК-связывающим белком, известным как HNRNPC. Этот белок распознает и связывается только с определенной последовательностью нуклеотидов — пятью уридинами подряд.
Однако модификация m6A изменяет только нуклеотиды аденозина. Прямое связывание с сайтом m6A с помощью HNRNPC не может объяснить различия во взаимодействии мРНК-белок.В отличие от двойной спиральной структуры ДНК, одноцепочечная мРНК складывается в разнообразные и сложные структуры.
Сначала исследователи обнаружили, что конкретная модификация m6A, которую они идентифицировали, находилась в том месте, где нить РНК сворачивалась в петлю шпильки. Здесь, прямо напротив сайта m6A, была последовательность из пяти уридинов подряд — целевой сайт связывания для HNRNPC.Команда обнаружила, что присутствие m6A делает целевой сайт связывания более доступным, физически открывая пространство для распознавания белком сайта. Это увеличивало сродство HNRNPC к этой РНК.
Без m6A сайт связывания был скрыт внутри шпильки и недоступен.«РНК-связывающие белки, такие как HNRNPC, могут иметь сотни тысяч потенциальных сайтов связывания в клетке», — сказал Пан. «Метилирование в структуре РНК позволяет сайтам, которые в противном случае были бы похоронены, лучше конкурировать за связывающие белки. Мы называем это переключателем m6A».
Команда проверила свои выводы с помощью модели и аналитического метода, которые позволили им определить, что эти уридиновые сайты зависят от m6A для связывания с HNRNPC. Они также применили метод поиска этих сайтов по всей клетке и обнаружили почти 40 000 таких сайтов m6A, которые влияют на связывание HNRNPC, что указывает на то, что это явление было широко распространенным и, вероятно, могло быть применено для других взаимодействий с белками.Исследователи обнаружили, что когда m6A был удален из этих сайтов, количество мРНК было снижено, и что произошли изменения в альтернативных паттернах сплайсинга. «Разумеется, подразумевается, что эпигенетические изменения мРНК в конечном итоге изменяют созданный из нее белок, что может быть связано со здоровьем или болезнью», — сказал Пан.
В настоящее время команда продолжает анализировать структурные и функциональные последствия переключения m6A, а также мутации, которые влияют на его функцию. «Мы все еще много узнаем о том, как регулируются гены», — добавляет Пан. «Этот механизм представляет собой еще один уровень эпигенетической регуляции экспрессии генов, аналогичный метилированию ДНК и модификации гистонов».