Запрограммированная гибель клеток является неотъемлемой частью эмбрионального развития. Изучая регуляцию этого процесса, исследователи Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене показали, что так называемые микроРНК защищают предшественников нейронов от «преждевременной» элиминации.
Запрограммированная гибель клеток - апоптоз - фундаментальный и жестко регулируемый процесс, происходящий во всех высших организмах. Это необходимо, например, для нормального эмбрионального развития, во время которого лишние клетки должны быть упорядоченно удалены. Барбара Конрад (профессор клеточной биологии и биологии развития в LMU) и ее команда изучали роль апоптоза во время эмбриогенеза у червя-нематоды Caenorhabditis elegans, хорошо зарекомендовавшей себя экспериментальной модели. Теперь они показали, что небольшие фрагменты РНК, так называемые микроРНК, выполняют решающую роль в регуляции апоптоза в этой системе - они отвечают за сохранение предшественников нервной системы. Новое исследование опубликовано в журнале Genes and Development..
Во время эмбриогенеза C. elegans стереотипная серия клеточных делений дает начало клеткам-предшественникам, потомки которых продолжают дифференцироваться и формировать определенные ткани и органы, такие как нервная система. Всего образуется 1090 клеток, из которых 118 уничтожаются до того, как червь вылупится из яйца. Разрушение этих специфических клеток начинается с активации гена egl-1, который кодирует так называемый Bcl-2-подобный белок и способствует апоптозу. Затем кодирующая последовательность egl-1 в ядерной ДНК транскрибируется в молекулы матричной РНК. Они экспортируются из ядра в окружающую цитоплазму и доставляются к рибосомам, которые транслируют информацию в соответствующий белок EGL-1. «Нам удалось показать, что определенные микроРНК ингибируют этот процесс, вызывая разрушение мРНК egl-1», - говорит Конрад. «Это гарантирует, что ни одна клетка-предшественница не будет убита до того, как у нее будет время произвести дочерние клетки, необходимые для продолжения ее рода».
микроРНК представляют собой короткие фрагменты РНК, которые играют важную роль в регуляции экспрессии генов. Они связываются со специфическими мРНК на основе их нуклеотидной последовательности, тем самым предотвращая их связывание с рибосомами и маркируя их для деградации. «Мы впервые смогли количественно определить - на уровне одной клетки - как определенные микроРНК влияют на уровни целевой мРНК в ходе эмбрионального развития», - объясняет Конрад.«Это уникально в нашем исследовании». Исследуемые клетки-предшественники делятся с образованием дочерних клеток, различающихся по размеру. Меньшая дочь подвергается запрограммированной гибели клеток, а большая дифференцируется в нейрон. Когда группа Конрада генетически заблокировала производство специфических микроРНК, уровень мРНК egl-1 в клетках-предшественниках - и, таким образом, предположительно количество продуцируемого белка-киллера - значительно вырос. «В зависимости от клеточного происхождения и характера используемой мутации до 80% клеток-предшественников погибали, не успев начать делиться», - говорит Конрад.
В нормальных условиях, когда клетка-предшественник делится, функциональные микроРНК, унаследованные меньшей дочерней клеткой, быстро инактивируются. В течение нескольких минут уровень мРНК egl-1 резко возрастает, что позволяет синтезировать большое количество белка-киллера, и в течение 30 минут клетка погибает. «Как регулируется инактивация микроРНК во время этого быстрого перехода, пока неизвестно», - говорит Конрад.- Так что можно с уверенностью сказать, что пространственная и временная регуляция микроРНК будет в центре внимания будущих исследований лаборатории Конрада.