Теперь группа исследователей из Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC) предлагает некоторые ранние ответы, изучая интригующий класс некодирующих РНК, известных как кольцевые РНК. Их результаты, опубликованные 31 марта в онлайн-выпуске Cell, показывают, что кольцевые РНК, как и их белковые аналоги, также подвержены геномным перестройкам при раке, что приводит к аномальному слиянию. Более того, эти циклические РНК слияния — не просто сторонние наблюдатели; они, по-видимому, способствуют росту и прогрессированию опухоли, подчеркивая их роль в заболевании.
«Рак — это, по сути, болезнь мутировавших или поврежденных генов, поэтому мы решили изучить, могут ли эти хромосомные разрывы влиять на кольцевые РНК, такие как белки», — сказал старший автор Пьер Паоло Пандольфи, доктор медицины, доктор философии, директор онкологического центра. в BIDMC и профессор медицины Джорджа К. Райсмана в Гарвардской медицинской школе. «Наша работа прокладывает путь к открытию еще большего количества этих необычных РНК и того, как они способствуют развитию рака, что может выявить новые механизмы и пути, поддающиеся лечению, участвующие в прогрессировании опухоли».Когда дело доходит до РНК, мировоззрение ученых претерпевает значительные изменения. РНК, которую долго не считали простой посланницей, возможно, наиболее известна своей ролью в передаче инструкций из генома, который заключен в ядре, в более отдаленные части клетки, где она превращается в белок. Однако только 2 процента генома копируется (или «транскрибируется») из ДНК в РНК, а затем транслируется в белок.
Ученые теперь признают, что большая часть, если не все, из оставшихся 98 процентов, которые ранее считались нефункционирующими, на самом деле транскрибируются в РНК. Роли, которые эта обширная группа так называемых «некодирующих РНК» могла бы сыграть в биологии человека и болезнях, теперь указывает на область интенсивных исследований.
Заинтересовавшись возможностью кольцевых РНК, способствующих развитию рака, Пандольфи и его коллеги решили выяснить, смогут ли они обнаружить соответствующие изменения в опухолях, которые, как известно, содержат разные слитые белки, которые возникают, когда разные хромосомы ненормально соединяются вместе, объединяя два отдельных гена в новый кентавроподобный ген. Эти хромосомные транслокации распространены при различных типах лейкемии, поэтому исследователи изучили два типа: острый промиелоцитарный лейкоз, который часто несет транслокацию между PML и RAR? гены; и острый миелоидный лейкоз, который может нести транслокацию между генами MLL и AF9.Исследователи обнаружили аномальные кольцевые РНК слияния (f-circRNA), соответствующие различным экзонам, связанным с PML-RAR? слияние генов, а также слияние генов MLL-AF9. (Обычно несколько кольцевых РНК могут быть сгенерированы из одного гена, поэтому неудивительно, что разные f-circRNA возникают из одного и того же гена слияния.)
Примечательно, что Пандольфи и его коллеги обнаружили f-circRNA и в солидных опухолях — в образцах саркомы Юинга, формы рака мягких тканей, и рака легких. Более того, команда определила их, используя два разных метода: амплификацию на основе ПЦР и подходы на основе секвенирования, подчеркнув, что f-circRNAs являются настоящими биологическими объектами, а не экспериментальными артефактами.«Наша способность легко обнаруживать эти слитые кольцевые РНК — и их нормальные, неслитые аналоги — будет улучшена за счет достижений в технологии секвенирования и аналитических методов», — сказала первый автор Джлениа Гварнерио, доктор философии, также из BIDMC. «В самом деле, поскольку мы с нетерпением ждем возможности их всесторонней каталогизации по всем видам рака и глубокого понимания механизмов их действия, нам нужно будет продвигать эти новые методологии еще дальше».Чтобы определить, играют ли f-circRNA функциональную роль в развитии рака, исследователи экспериментально ввели их в клетки, заставив клетки увеличить их пролиферацию и склонность к разрастанию — черты, присущие опухолевым клеткам.
С другой стороны, когда исследователи заблокировали активность f-circRNA, нормальное поведение клеток было восстановлено.Исследователи также провели эксперименты на мышиной модели лейкемии. Они сосредоточились на специфической f-circRNA, связанной с геном слияния MLL-AF9, под названием f-circM9.
Хотя сам по себе f-circM9 недостаточен для запуска лейкемии, он, по-видимому, работает вместе с другими сигналами, способствующими развитию рака (такими как слитый белок MLL-AF9), чтобы вызывать заболевание. Дополнительные исследования показывают, что f-circM9 также может помочь опухолевым клеткам выжить в условиях приема противораковых препаратов.«Эти результаты особенно интересны, потому что они предполагают, что препараты, направленные на слияние кольцевых РНК, могут стать мощной стратегией для дальнейшего развития терапии рака», — сказал Пандольфи.
Циркулярные РНК были впервые идентифицированы более трех десятилетий назад и в значительной степени отклонены как редкая клеточная странность. Но исследование, опубликованное в 2012 году группой Патрика Брауна из Стэнфордского университета, показало, что они присутствуют в больших количествах в различных типах клеток, что побудило ученых к их изучению и пониманию.
Удивительно, но кольцевые РНК — одни из самых распространенных некодирующих РНК в клетках, отчасти благодаря необычной химической стабильности молекул. В отличие от линейных РНК, кольцевые РНК не восприимчивы к ферментам, разрушающим РНК. Эта способность сохраняться делает их не только интересной терапевтической мишенью, но и потенциальным молекулярным маяком или биомаркером, который может облегчить диагностику заболевания.
«Наши знания о кольцевых РНК действительно находятся в зачаточном состоянии», — объяснил Пандольфи. «Мы знаем, что обычно они могут связывать белки, а также ДНК и микроРНК, но необходимо сделать гораздо больше, чтобы понять, как работают кольцевые РНК слияния. Мы только прикоснулись к поверхности этих РНК и их роли в развитии рака и других заболеваний. . "