Ученые МГУ выяснили роль загадочных некодирующих молекул РНК
Международная команда исследователей при ведущей роли сотрудников биологического факультета МГУ проанализировала взаимодействие молекул РНК и ДНК у бактерий Escherichia coli, Bacillus subtilis и археи Thermofilum adornatum с помощью недавно разработанного ими же метода. Помимо методического новаторства – впервые метод Red-C был применен для анализа генома прокариот – работа помогла выяснить потенциальную роль некодирующих молекул РНК, функция которых по-прежнему ясна не до конца. Исследование проходило при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках проекта «Наука и университеты». Его результаты опубликованы в престижном научном журнале Communications Biology.
Генетическая информация закодирована в ДНК – двуцепочной молекуле, длина которой в развернутом состоянии может превышать 1,5 метра. Чтобы уместить столь длинную структуру в клетке, существуют различные уровни ее упаковки: развернутая нить складывается в хроматиды, которые, в свою очередь, собраны в хромосомы. Как именно организован генетический материал в клетке и как его структуры взаимодействуют между собой, изучает пространственная геномика.
C-методы позволяют проанализировать контакты всех фрагментов генома друг с другом от самого низкого уровня организации (петель между регуляторными участками) до самого высокого (хромосомных территорий и даже целого ядра). Команда российских биологов при участии сотрудников кафедры молекулярной биологии биофака МГУ недавно разработала метод RedC. Он позволяет составить картину всех контактов РНК и ДНК. По сравнению с уже существующими методами пространственного изучения генома, данный подход имеет большее разрешение, дает возможность анализировать промежуточные продукты взаимодействия молекул.
В новом исследовании ученые решили рассмотреть РНК-ДНК интерактомы – полные наборы взаимодействий молекул РНК и ДНК в отдельной клетке – у бактерий Escherichia coli, Bacillus subtilis и археи Thermofilum adornatum. В ходе исследования обнаружили, что мРНК (матричная РНК – содержит информацию о будущем белке) находится ближе к месту своего синтеза, в то время как для тРНК (транспортная – переносит аминокислоты к месту синтеза белка) и рРНК (рибосомальная – входит состав рибосом, которые участвует в синтезе белка) такой тенденции не наблюдается.
Затем ученые внимательнее исследовали распределение мРНК возле кодирующих их генов. Как и предполагалось, самая высокая частота взаимодействия наблюдалась между кодирующими областями ДНК и соответствующими мРНК, что говорит об образовании транскрипционного комплекса – структуры, образующейся в ходе синтеза РНК. Причем частота таких взаимодействий снижалась по мере удаления от сайта кодирования.
Другим результатом исследования стало то, что количество некодирующих РНК (то есть РНК, которые не будут использоваться для дальнейшего синтеза белков) меньше рядом с областями, где происходит транскрипция. Функции таких молекул пока до конца не понятны, существует лишь ряд гипотез на этот счет. Полученный результат подтверждает гипотезу о том, что по крайней мере некоторые некодирующие РНК подавляют транскрипцию, то есть служат ее негативными регуляторами.
«Исследование регуляторных РНК – это сегодня одно из наиболее динамично развивающихся направлений в геномике. Использование Red-C и других аналогичных методов открывает новую главу в области РНК-биологии, потому что позволяет исследовать не только функции этих молекул, но и точно определять места их локализации на хромосомах», – прокомментировал работу ведущий научный сотрудник кафедры молекулярной биологии биологического факультета МГУ Сергей Ульянов.
В исследовании также приняли участие сотрудники Института биологии гена РАН, Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН и Массачусетского технологического института (MIT).
Рисунок. Схема протокола для RedC: сшивка формальдегидом, рестрикция, сшивка РНК-ДНК при помощи мостика, депротеинизация и обратная транскрипция, наработка копий при помощи ПЦР и секвенирование / Источник: Сергей Ульянов, биологический факультет МГУ