Ученые улучшили свое понимание новой формы межклеточной коммуникации, основанной на внеклеточной РНК (exRNA). РНК, молекула, которая, как считалось, существует только внутри клеток, теперь известно, что она также существует вне клеток и участвует в системе межклеточной коммуникации, которая доставляет сообщения по всему телу. Чтобы лучше понять эту систему, Консорциум по коммуникациям с внеклеточной РНК Национальных институтов здравоохранения, в который входят исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора, создал ресурс exRNA Atlas, первый подробный каталог exRNAs человека в жидкостях организма. Они также разработали доступные в Интернете вычислительные инструменты, которые другие исследователи могут использовать для анализа exRNAs из своих собственных данных. Исследование, опубликованное в журнале Cell, представляет собой первую «карту местности», которая позволит ученым изучить потенциальную роль exRNA в здоровье и болезнях.
«Около 10 лет назад ученые начали открывать новую систему связи между клетками, которая опосредована exRNA», - сказал автор корреспондента доктор Александр Милосавлевич, профессор молекулярной генетики и генетики человека и содиректор Центра вычислительных и интеграционных исследований. Центр биомедицинских исследований Медицинского колледжа Бейлора. «Похоже, что система работает в нормальных физиологических условиях, а также при таких заболеваниях, как рак».
Лаборатория Милосавлевича работала с другими членами Консорциума по коммуникациям с внеклеточной РНК для анализа эксРНК человека из 19 исследований. Вскоре они поняли, что система значительно сложнее, чем предполагалось изначально. Из-за непредвиденной сложности существующие лабораторные методы не смогли воспроизводимо выделить exRNAs и их носители. Чтобы помочь создать первую карту этой сложной системы связи, Милосавлевич и его коллеги использовали вычислительные инструменты для деконволюции сложных экспериментальных данных. Деконволюция относится к математическому методу и вычислительному алгоритму, который разделяет сложную информацию на компоненты, которые легче интерпретировать.
«Используя вычислительную деконволюцию, мы обнаружили шесть основных типов груза exRNA и их носителей, которые можно обнаружить в жидкостях организма, включая сыворотку, плазму, спинномозговую жидкость, слюну и мочу», - сказал соавтор Оскар Д. Мурильо, аспирант программы Бейлора по молекулярной генетике и генетике человека, работающий в лаборатории Милосавлевича. «Переносчики действуют как молекулярные сосуды, перемещающие свой РНК-груз по всему телу. Они включают липопротеины - один из основных переносчиков - липопротеин высокой плотности (ЛПВП или «хороший холестерин») - множество мелких белковосодержащих частиц и небольших пузырьков., все из которых могут быть поглощены клетками."
Исследователи обнаружили, что вычислительный метод помогает выявлять биологические сигналы, которые ранее не могли быть обнаружены в отдельных исследованиях из-за естественных сложных вариаций биологической системы. Например, в исследовании с физической нагрузкой их вычислительный подход выявил различия до и после тренировки в пропорциях эксРНК-груза в частицах ЛПВП и везикулах в плазме человека..
«Упражнения увеличили долю молекул РНК, участвующих в регуляции метаболизма и мышечной функции, что свидетельствует об адаптивной реакции организма на физические нагрузки», - сказал Милосавлевич. «Это открытие открывает возможность того, что в других условиях, как здоровых, так и болезненных, вычислительный метод может идентифицировать сигналы, которые могут иметь физиологическое и клиническое значение».
Чтобы помочь исследователям во всем мире с их анализом, Мурильо, Милосавлевич и их коллеги сделали вычислительный инструмент доступным в Интернете (https://exrna-atlas.org).
«Мы ожидаем, что потребуется сочетание научных знаний, усовершенствованных экспериментальных методов для выделения грузов и носителей в телесных жидкостях, а также передовых вычислительных методов для деконволюции и интерпретации сложности системы связи exRNA», - сказал Мурильо.