Ученые знают, что многое из того, что ген делает и производит, регулируется после его включения. Ген сначала производит молекулу, называемую РНК, с которой связываются крошечные белки, называемые РНК-связывающими белками (RBP), и контролируют ее судьбу. Например, некоторые из этих белков вырезают части молекулы РНК, так что она производит определенный белок, в то время как другие RBP помогают разрушить РНК, прежде чем она даже произведет белок.
Но эти механизмы не совсем понятны, потому что последовательности РНК, с которыми связываются RBP, было так трудно расшифровать. Чтобы полностью понять регуляцию генов (и нарушение регуляции, как в случае болезни), ученым потребовалось использовать передовые лабораторные методы и анализ данных для определения паттернов последовательностей РНК.Этот пробел в знаниях побудил группу исследователей, возглавляемую старшим научным сотрудником Тимом Хьюзом (Университет Торонто и Канадский институт перспективных исследований), создать первый в истории сборник последовательностей связывания РНК, который был опубликован в журнале Nature 11 июля. , 2013.«На создание и анализ данных у нас ушло много времени, — объясняет Хьюз. «Потратив годы на разработку и совершенствование метода, мы начали изучать все белки человека, плодовых мушек и других сложных организмов, которые выглядят так, как будто они могут связывать РНК, и обнаружили, с какими последовательностями они хотели бы связываться.
Наш сборник РНК-связывающих последовательностей станет источником информации для исследователей в этой области и будет особенно полезен при генетическом анализе человека ».Команда обнаружила, что у людей и плодовых мух есть похожие RBP, поскольку они происходят от общего предка, и что во многих случаях они по существу связывают одни и те же последовательности.
Исследователи предполагают, что это относится к белкам других организмов.«Всего мы изучили чуть более 200 белков, но, вероятно, можем сделать вывод о предпочтении десятков тысяч белков у многих других организмов», — говорит Хьюз.Кроме того, многие из последовательностей, сходных у разных видов, находились в конце транскрипта РНК, который представляет собой область, связанную с регуляцией распада РНК или перемещением РНК в другую часть клетки. «Это указывает на то, что, вероятно, существует большая регуляция самой экспрессии генов на уровне стабильности или разрушения РНК», — объясняет Хьюз.
Одно из основных открытий, сделанных в результате анализа команды, касалось хорошо изученного белка под названием RBFOX1, который, как уже было известно, выполняет функцию регулирования сплайсинга РНК и снижается при аутизме. Выводы команды предполагают, что RBFOX1 играет роль в регулировании уровня экспрессии генов, связанных с нервной системой, в мозге с аутизмом, и что он делает это, делая РНК более стабильной.По словам Хьюза, первопричины заболевания сложнее, чем один-единственный неисправный ген.
Он ожидает, что сборник команды будет полезен для генетического анализа человека.«Часто случается так, что ученые идентифицируют генетическую вариацию, связанную с заболеванием, но тогда они не понимают, почему это приводит к заболеванию. Что именно вызывают эти изменения последовательности?
Если последовательность находится в регуляторной области РНК, тогда с помощью нашего компендиума другие ученые смогут увидеть, какой белок с ним связывается. Это даст им лучшее представление о том, что нарушается ».
Исследование было большим совместным усилием, частично при поддержке CIFAR, в котором приняли участие старшие научные сотрудники Брендан Фрей (Университет штата Калифорния) и Эндрю Фрейзер (Университет штата Калифорния) и выпускник международного научного сообщества Мэтью Вейраух (Медицинский центр детской больницы Цинциннати) в генетических сетях CIFAR. программа. Хамед Наджафабади (Калифорнийский университет), научный сотрудник, который провел большую часть анализа в этом исследовании, частично финансировался CIFAR.«Члены программы Genetic Networks побудили нас взглянуть на роли РНК-связывающих белков, вызывающих нарушение регуляции экспрессии генов при заболевании», — говорит Хьюз. «Мы ожидаем, что эти новые знания будут ценными для других участников программы, работающих с конкретными расстройствами».
Следующие шаги команды — расширить свой справочник, чтобы охватить все сложные организмы.Фрей также надеется развить эти открытия, чтобы построить модели, которые будут более точно описывать наблюдаемые паттерны экспрессии генов.
«Мое исследование сосредоточено на расшифровке регуляторных последовательностей в ДНК, которые в конечном итоге определяют судьбу молекулы РНК», — объясняет Фрей. «Я надеюсь взять РНК-связывающие последовательности, указанные в этой статье, и использовать их в качестве маркеров, чтобы выяснить, как они действуют регулирующим образом. Это поможет нам лучше понять болезнь человека, предоставив понимание того, как мутация в ДНК влияет на регуляцию. "