Ученые из биологической лаборатории MDI и Университета штата Мэн обнаружили, что генетический материал в клетке, который ранее считался «мусором» из-за его очевидного отсутствия функций, вероятно, играет роль в регуляции генетических цепей, ответственных за регенерация у высокорегенеративных животных.
Виравут П. Инь, доктор философии, Биологическая лаборатория MDI, и Бенджамин Л. Кинг, доктор философии, из Университета штата Мэн идентифицировал эти «длинные некодирующие РНК» путем изучения геномных данных высокорегенеративных животных, включенных в RegenDbase (база данных сравнительных моделей регенерации), разработанную биологической лабораторией MDI.
Открытие этих новых длинных некодирующих РНК и их роли в регуляции регенерации может привести к ответу на первостепенный вопрос, который исследуют ученые из биологической лаборатории MDI: могут ли высокорегенеративные животные, такие как рыбки данио и саламандры, регенерировать ткани и органы, почему мы не можем?
В один прекрасный день ответ может привести к разработке лекарств, запускающих спящие пути регенерации человека. Как и у большинства других млекопитающих, у взрослых людей способность к регенерации ограничена.
Доклад, описывающий выводы ученых, был опубликован в недавнем выпуске npj Regenerative Medici ne.
«Многие хронические и дегенеративные заболевания характеризуются ограниченной способностью восстанавливать и регенерировать поврежденные ткани», - сказал Инь.«Углубляя наше понимание генетической регуляции регенерации у высокорегенеративных животных, мы, возможно, однажды сможем запустить регенерацию у людей с помощью лекарств, воздействующих на эти пути».
Роль некодирующих РНК
В частности, ученые рассмотрели роль некодирующих РНК, или РНК, которые ранее считались «мусорными», поскольку они не производят белки, на ранних стадиях регенерации сердца у рыбок данио, обычных аквариумных рыб, которые является одним из чемпионов природы по регенерации.
РНК, или рибонуклеиновая кислота, обычно действует как мессенджер, который переносит инструкции от ДНК, носителя генетической информации, к механизму в клетке, производящему белки, участвующие в биологических функциях.
«Один из секретов расшифровки того, почему рыбки данио могут регенерировать свое сердце, в то время как взрослые люди не могут, заключается в этих некодирующих РНК», - сказал Кинг, ведущий автор статьи.«Гены, кодирующие белок, у рыбок данио и человека более или менее одинаковы, разница заключается в том, как они регулируются во время регенерации с помощью некодирующих РНК».
Открытия Инь и Царя, а также другие недавние достижения в области регенеративной биологии стали возможными благодаря внедрению сложных геномных инструментов, которые ученые могут использовать для идентификации сетей генов, ответственных за организацию комплекса. процесс регенерации у высокорегенеративных животных.
Применяя эти инструменты, авторы составили комплексный атлас экспрессии генов регенерации для регенерации сердца рыбок данио и закрепили данные в качестве точки отсчета для сравнения с другими моделями. Используя компьютерный анализ, они определили общие и уникальные модели экспрессии генов в геномных данных различных видов.
"Биологическая роль более 90 процентов генетического материала в клетке неизвестна, что поднимает вопрос: почему он там?" сказал Герман Халлер, М. Д., президент биологической лаборатории MDI. «Это экстраординарное открытие демонстрирует возможности вычислительной биологии для картирования этого неизведанного генетического ландшафта».
Инь и Кинг изучали роль двух типов некодирующих РНК - микроРНК и длинных некодирующих РНК - в регенерации сердца рыбок данио.
В дополнение к дальнейшему выяснению роли микроРНК, которые, как известно, играют регулирующую роль в регенерации сердца, ученые также охарактеризовали роль известных и ранее неизвестных длинных некодирующих РНК и генов, которые они потенциально регулируют посредством генетической близости. поиски, которые Кинг назвал «виной по ассоциации».
Следующим шагом является проведение исследований выбранной группы длинных некодирующих РНК у позвоночных с разной способностью к регенерации, чтобы подтвердить функции сетей генов-мишеней, которые идентифицировали ученые, и проверить, в какой степени эти длинные некодирующие РНК отвечают за регуляцию этих сетей.
RegenDbase: «Розеттский камень» для регенерации
В документе также представлена RegenDbase, новая база данных, которая позволяет ученым сравнивать и противопоставлять пути регуляции генов внутри и между тканями и исследовательскими моделями, уделяя особое внимание некодирующим РНК.
База данных была создана с использованием нового набора данных по регенерации сердца у рыбок данио, созданного в биологической лаборатории MDI, а также существующих данных о нескольких типах поврежденных тканей у разных видов. Ожидается, что полезность общедоступной базы данных будет расти по мере добавления новых данных, в том числе из тканей человека.
Инь сравнивает базу данных с Розеттским камнем, который в 1799 году позволил лингвистам расшифровать египетские иероглифы, поскольку информация, начертанная на нем, также была представлена на известном древнегреческом языке. Точно так же новая база данных помогает ученым переводить генетический код регенерации от одного вида к другому.
«Все в биологии идет с инструкцией по эксплуатации», - сказал Инь, объясняя аналогию. «Если руководство по регенерации написано на древнеегипетском для рыбок данио и на греческом для млекопитающих, мы можем использовать базу данных для перевода кодов на тот же язык, чтобы мы могли определить компоненты, отсутствующие у млекопитающих».
RegenDbase была создана биологической лабораторией MDI в рамках программы гранта Центра передового опыта в области биомедицинских исследований (COBRE). В 2013 году это учреждение было назначено центром передового опыта в исследованиях сравнительной биологии восстановления, регенерации и старения тканей, и это звание было недавно возобновлено.
Исследование было поддержано грантом COBRE P20 GM104318 и грантом P20 GM103423 Премии институционального развития (IDeA) Национального института общих медицинских наук. Дополнительную поддержку Инь оказала премия Фонда Скотта Р. Маккензи (17003) и грант развития ученых Американской кардиологической ассоциации (11SDG7210045).