Только около 15 процентов генома человека состоит из генов, кодирующих белок, но в последние годы ученые обнаружили, что удивительное количество мусора или межгенной ДНК копируется в РНК — молекулу, которая передает сообщения ДНК остальным. ячейки.Ученые пытались выяснить, что эта РНК могла делать, если вообще что-нибудь. В 2008 году исследователи Массачусетского технологического института под руководством профессора Института Филиппа Шарпа обнаружили, что большая часть этой РНК генерируется в процессе, называемом дивергентной экспрессией, посредством которого клетки считывают свою ДНК в обоих направлениях, удаляясь от заданной исходной точки.В новой статье, опубликованной в журнале Nature 23 июня, Шарп и его коллеги описывают, как клетки инициируют, но затем останавливают копирование РНК в восходящем направлении или направлении, не кодирующем белки, позволяя ему продолжать в том направлении, в котором гены находятся в правильном направлении. читать.
Это открытие помогает объяснить существование многих недавно открытых типов коротких цепей РНК, функция которых неизвестна.«Это часть революции РНК, когда мы видим различные РНК и новые РНК, о которых мы не подозревали, присутствуют в клетках, и пытаемся понять, какую роль они играют в здоровье клетки или жизнеспособности клетки, — говорит Шарп, член Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института имени Коха. «Это дает нам совершенно новое понимание баланса фундаментальных процессов, которые позволяют клеткам функционировать».
Ведущими авторами статьи являются аспиранты Альберт Алмада и Сюэбин Ву. Кристофер Бердж, профессор биологии и биологической инженерии, и студентка Андреа Криз также являются авторами.Выбор направления
ДНК, которая находится в ядре клеток, контролирует клеточную активность, кодируя продукцию РНК и белков. Для осуществления этого контроля генетическая информация, кодируемая ДНК, должна быть сначала скопирована или транскрибирована в информационную РНК (мРНК).Когда двойная спираль ДНК раскручивается, раскрывая свои генетические сообщения, транскрипция РНК может происходить в любом направлении. Чтобы инициировать это копирование, фермент, называемый РНК-полимеразой, прикрепляется к ДНК в месте, известном как промотор.
Затем РНК-полимераза перемещается по цепи, выстраивая цепь мРНК по ходу движения.Когда РНК-полимераза достигает стоп-сигнала на конце гена, она останавливает транскрипцию и добавляет к мРНК последовательность оснований, известную как поли-А-хвост, которая состоит из длинной цепочки генетического основания аденина.
Этот процесс, известный как полиаденилирование, помогает подготовить молекулу мРНК для экспорта из ядра клетки.Посредством секвенирования транскриптов мРНК эмбриональных стволовых клеток мыши исследователи обнаружили, что полиаденилирование также играет важную роль в остановке транскрипции вышележащих некодирующих последовательностей ДНК. Они обнаружили, что эти области имеют высокую плотность сигнальных последовательностей для полиаденилирования, что побуждает ферменты расщеплять РНК до того, как она станет очень длинной.
Участки ДНК, кодирующие гены, имеют низкую плотность этих сигнальных последовательностей.Исследователи также обнаружили еще один фактор, влияющий на возможность продолжения транскрипции. Недавно было показано, что когда клеточный фактор, известный как U1 snRNP, связывается с РНК, полиаденилирование подавляется.
Новое исследование MIT показало, что гены имеют более высокую концентрацию сайтов связывания для U1 snRNP, чем некодирующие последовательности, что позволяет транскрипции генов продолжаться непрерывно.Распространенное явление
Функция всей этой вышестоящей некодирующей РНК все еще является предметом многочисленных исследований. «Этот процесс транскрипции может производить РНК, имеющую некоторую функцию, или он может быть продуктом природы биохимической реакции. Это будет обсуждаться в течение долгого времени», — говорит Шарп.Его лаборатория сейчас изучает взаимосвязь между этим процессом транскрипции и наблюдением большого количества так называемых длинных некодирующих РНК (lncRNAs). Он планирует изучить механизмы, контролирующие синтез таких РНК, и попытаться определить их функции.
«Как только вы увидите такие данные, у вас возникнет еще много вопросов для исследования, которые, я надеюсь, приведут нас к более глубокому пониманию того, как наши клетки выполняют свои нормальные функции и как они меняются при злокачественных новообразованиях», — говорит Шарп.Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Национальным институтом рака и Национальным институтом общих медицинских наук.
