В геноме человека есть сотни РНК-связывающих белков, которые вместе регулируют процессинг, оборот и локализацию многих тысяч молекул РНК, экспрессируемых в клетках. Эти белки также контролируют трансляцию РНК в белки. РНК-связывающие белки имеют решающее значение для поддержания нормальной клеточной функции, а дефекты в этом семействе белков могут привести к заболеваниям.
Например, РНК-связывающие белки сверхэкспрессируются при многих раковых заболеваниях человека, и мутации в некоторых из этих белков связаны с неврологическими и нейродегенеративными нарушениями, такими как боковой амиотрофический склероз. «Понимание фундаментальных свойств этого класса белков очень важно, — сказала Элизабет Гэвис, профессор естественных наук Дэймона Б. Пфайффера и профессор молекулярной биологии.Гэвис и его коллеги особенно интересуются белком под названием Glorund (Glo), типом РНК-связывающего белка, который выполняет несколько функций в развитии плодовой мушки.
Этот белок был первоначально идентифицирован из-за его способности подавлять трансляцию молекулы РНК, называемой нано, в белок в яйцах мух. Связываясь со стволовой структурой, образованной нуклеотидами урацила и аденина в наноразмерной РНК, Glo предотвращает выработку белка Nanos в передней части эмбриона — шаг, который позволяет голове мухи формироваться должным образом.
Однако, как и многие другие РНК-связывающие белки, Glo является многофункциональным. Он регулирует несколько других этапов развития мух, по-видимому, за счет связывания с РНК, отличными от нано. Аналоги Glo у млекопитающих, известные как белки F / H гетерогенного ядерного рибонуклеопротеина (hnRNP), связываются с РНК, содержащими участки гуаниновых нуклеотидов, известные как G-тракты, и вместо репрессии трансляции белки hnRNP F / H млекопитающих регулируют такие процессы, как Сплайсинг РНК, при котором РНК перестраиваются для получения альтернативных версий кодируемых ими белков.Чтобы понять, как Glo может связываться с различными РНК и регулировать их по-разному, Гавис и аспирант Джоэл Тамайо в сотрудничестве с Трейси Танака Холл и Такамасой Терамото из Национального института наук о здоровье окружающей среды создали рентгеновские кристаллографические структуры трех РНК Glo. связывающие домены.
Как и ожидалось, эти три домена были почти идентичны соответствующим доменам белков hnRNP F / H млекопитающих. Они сохранили, например, аминокислотные остатки, которые связываются с РНК G-тракта, и исследователи подтвердили, что, как и их аналоги из млекопитающих, каждый РНК-связывающий домен Glo может связываться с этим типом последовательности РНК.Однако исследователи увидели и кое-что новое. «Когда мы посмотрели на структуры, мы поняли, что есть также некоторые основные аминокислоты, которые выступают из другой части РНК-связывающих доменов, которые могут участвовать в контакте с РНК», — объяснил Гэвис.
Исследователи обнаружили, что эти основные аминокислоты опосредуют связывание со стволовыми структурами урацил-аденин (U-A), такими как наноразмерная РНК. Таким образом, каждый из РНК-связывающих доменов Glo содержит две различные связывающие поверхности, которые взаимодействуют с различными типами целевой последовательности РНК. «Хотя раньше были примеры РНК-связывающих белков, которые несут более одного связывающего домена, каждый с разной специфичностью, это первый пример одного домена, несущего две разные специфичности», — сказал Говард Липшиц, профессор молекулярной генетики. в Университете Торонто, который не принимал участия в исследовании.
Чтобы исследовать, какой из двух способов связывания РНК Glo требуется для его различных функций у мух, Гэвис и его коллеги создали насекомых, несущих мутантные версии РНК-связывающего белка. Способность Glo подавлять трансляцию наноразмеров во время развития яйцеклетки требует обоих способов связывания РНК белка.
Исследователи обнаружили, что, помимо связывания стебля U-A в наноразмерной РНК, Glo также распознает соседнюю последовательность G-тракта. Но способность Glo регулировать другие РНК на разных стадиях развития зависела только от способности белка связывать G-тракты.«Мы думаем, что способ связывания может коррелировать с активностью Glo по отношению к определенной РНК», — сказал Гэвис. «Если он связывается с G-трактом, Glo может способствовать сплайсингу РНК.
Если он одновременно связывается и с G-трактом, и со стеблем U-A, Glo действует как репрессор трансляции».РНК-связывающие домены белков hnRNP F / H млекопитающих, вероятно, обладают сходной способностью связывать два разных типа РНК, что позволяет им регулировать различные РНК-мишени внутри клетки. «Эта статья представляет собой захватывающий прогресс в области, которая становится все более важной с открытием того факта, что дефекты РНК-связывающих белков вносят вклад в такие заболевания человека, как метаболические нарушения, рак и нейродегенерация», — сказал Липшиц. «Поскольку эти белки эволюционно сохраняются от дрозофил до человека, эксперименты такого типа многое говорят нам о том, как их человеческие версии обычно работают или могут пойти не так».