Тысячи молекул рибонуклеиновой кислоты делают солелюбивых микробов, известных как «экстремофилы», высокоустойчивыми к явлению окислительного стресса - неконтролируемому производству нестабильных форм кислорода, называемых «свободными радикалами», которые могут негативно влиять на ДНК, белки, и липиды в клетках.
В исследовании, недавно опубликованном в Journal of Bacteriology, ученые из Университета Джона Хопкинса обнаружили, что группа РНК, не образующих белок, управляет устойчивостью экстремофилов, требующих высоких концентраций соли, называемых Haloarchaea, для роста без признаков наносить ущерб.
«Окислительный стресс, по сути, является побочным продуктом того факта, что в нашей атмосфере присутствует кислород», - сказал ведущий автор статьи Диего Ривера Гелсингер, аспирант биологического факультета университета. «Как только он повреждает молекулы, необходимые для жизни, эти молекулы сами могут производить больше свободных радикалов, которые затем распространяют больше повреждений». По словам Гелсингера, этот эффект снежного кома может привести к серьезным травмам и даже смерти.
Гельсингер, который работает с Джоселин ДиРуджеро, адъюнкт-профессором-исследователем кафедры биологии с назначением на кафедру наук о Земле и планетах, сказал, что нуждающиеся в соли микробы или галоархеи не только выживают, но и процветают в экстремальных условиях.
Эти микробы процветают в очень соленой среде, например, в небольших порах соляных пород пустыни Атакама в Чили или в соляных пластах Мертвого моря. Они выдерживают высокие уровни солнечной радиации, солености и засухи, которые вызывают массивный окислительный стресс и убивают большинство форм жизни.
Окислительный стресс является основной причиной ряда заболеваний человека, от нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваний до рака и даже процесса старения. Понимание причин этой стрессоустойчивости, уникальной для Haloarchaea, может помочь исследователям узнать, что нужно другим видам, например людям, для борьбы с ущербом, вызванным окислительным стрессом.
Чтобы понять устойчивость экстремофилов к окислительному стрессу, Гелсингер изучил профиль их рибонуклеиновой кислоты в присутствии перекиси водорода как агента стресса. Наряду с матричной РНК, необходимой для создания белков, он наблюдал в больших количествах нечто удивительное - малые некодирующие РНК. В отличие от информационной РНК, которая действует как посредник между ДНК и белками, некодирующие РНК, по-видимому, не превращаются в белок.
«Мои результаты убедительно свидетельствуют о том, что [некодирующая РНК] на самом деле вызывает деградацию и разрезание матричной РНК», - сказал Гелсингер. Благодаря эффективному блокированию производства белка или разрушению матричной РНК белки, играющие роль в окислительном стрессе, просто не производятся.
Более того, сказал Гелсингер, эти некодирующие РНК воздействуют на несколько целей, оказывая широкомасштабное воздействие. Участки ДНК, которые прыгают, особенно во время стресса, в геноме организмов, называемые транспозонами, являются мишенями для таких регуляторных малых РНК. Разрушая разрушители, эти РНК, возможно, сдерживают дальнейшее повреждение, вызванное транспозонами, позволяя экстремофилам восстанавливать повреждения, вызванные окислительным стрессом.
«Мы обнаружили, что многие из этих некодирующих РНК вызывают деградацию этих транспозонов, поэтому они, по сути, заставляют их замолчать», - сказал Гелсингер. Чем меньше транспозонов прыгает, тем меньше повреждение ДНК.
Среди других целей малых некодирующих РНК были матричные РНК, которые помогают направлять микробы к пище или другим химическим агентам или от них, а также те, которые управляют поврежденными белками и предотвращают рост поврежденных клеток. Эти некодирующие РНК также нацелены на класс молекул, которые определяют, какие белки и сколько из них образуются.«Если вы можете отрегулировать регулятор, вы можете получить гораздо более быстрый и больший эффект, чем просто прямое регулирование цели», - сказал Гелсингер. Обволакивающий эффект этих некодирующих РНК, по-видимому, в значительной степени способствует устойчивости к окислительному стрессу, обнаруживаемой у Haloarchaea. Кроме того, Гелсингер считает, что выявление мишеней, которые делают галоархеи более устойчивыми к окислительному стрессу, и понимание того, как они себя ведут, может помочь исследователям в выявлении многообещающих возможностей для улучшения лечения заболеваний человека, вызванных этим состоянием..