Механизм, который подталкивает определенный ген к производству некодирующей формы РНК вместо его альтернативы, кодирующей белок, может способствовать росту рака, сообщают исследователи из Медицинского университета Южной Каролины (MUSC) в статье. опубликовано в Интернете до выхода в печать 21 августа 2017 г. издательством Nature Cell Biology. Некодирующая РНК поглощает микроРНК, которая предотвращает переход эпителия в мезенхиму, что является одной из ключевых особенностей развития опухоли.
Из одного гена клетки часто могут производить разные формы РНК. Точная пре-РНК-копия одной нити ДНК в гене должна быть разрезана и собрана в ее окончательную форму РНК или несколько форм в процессе, известном как альтернативный сплайсинг. Тем не менее, хотя эти альтернативные формы РНК могут кодировать разные белки, ученые обнаруживают, что многие типы РНК этого не делают, вместо этого выполняя совершенно разные функции, регулирующие судьбу и поведение клеток. МикроРНК, например, связываются с определенными РНК, кодирующими белок, и помогают их деградации.
Это другой класс, называемый длинными некодирующими РНК (днРНК), который представляет особый интерес для Филипа Х. Хоу, доктора философии, заведующего кафедрой биохимии и молекулярной биологии, а также Ганса и Хелен Кёбиг, заведующая кафедрой онкологии в Онкологическом центре MUSC Hollings. Хоу и его команда обнаружили, что пре-РНК белка, называемого PNUTS, может быть альтернативно сплайсирована с образованием днРНК, которая способствует прогрессированию рака. ДнРНК PNUTS не кодирует белок, а скорее впитывает, как губка, определенную микроРНК, задача которой обычно заключается в предотвращении перехода эпителия в мезенхиму, что является ключевой особенностью роста опухоли и метастазирования..
Группа Хоу соединила несколько точек, чтобы объяснить, как это происходит. Во-первых, они обнаружили, что клетки рака молочной железы содержат больше днРНК PNUTS, чем нормальные эпителиальные клетки молочной железы - хороший начальный признак того, что некодирующая РНК связана с развитием рака. Эти клетки также были более мезенхимальными, а это означало, что они с большей вероятностью образовывали опухоли.
Затем они исследовали рибонуклеопротеин под названием hnRNP E1, который связывается с пре-РНК и подавляет альтернативный сплайсинг. Важно отметить, что они знали, что ТФР-бета, который в больших количествах высвобождается опухолевыми клетками, может предотвратить его связывание, потенциально позволяя создавать альтернативные формы. Компьютерные модели предсказали, что этот рибонуклеопротеин может связываться с пре-РНК PNUTS на своем альтернативном сайте сплайсинга. В клеточных линиях рака легкого и молочной железы специально разработанные РНК-зонды подтвердили, что этот точный сайт сплайсинга был более открыт, когда рибонуклеопротеин был нокдаун, и что эти клетки имели больше днРНК PNUTS. Когда клетки подвергались воздействию TGF-бета с течением времени, днРНК PNUTS образовывалась в возрастающих количествах. Оказалось, что рибонуклеопротеин был более прочно связан с альтернативным сайтом сплайсинга. В нормальных условиях это позволяло синтезировать белок PNUTS, но в опухолях обнажался альтернативный сайт сплайсинга, и вместо него производилось больше днРНК.
Тем не менее, группа хотела точно подтвердить, как днРНК PNUTS может стимулировать образование опухолей. Дополнительное компьютерное моделирование предсказало, что, основываясь на его последовательности, на PNUTS lncRNA имеется семь потенциальных мест для связывания микроРНК-205. Эта микроРНК связывает и разрушает регулятор транскрипции, называемый ZEB1, который побуждает клетки отлипать друг от друга и распространяться - важный шаг, который позволяет осуществить эпителиально-мезенхимальный переход. Как и предполагалось, без этих потенциальных мест связывания lncRNA и микроРНК не могли связываться друг с другом. Это помогло клеткам слипаться и меньше распространяться, даже с добавлением TGF-бета, чтобы подтолкнуть их к распространению.
Оказалось, что днРНК PNUTS поглощала микроРНК-205, которая высвобождала ZEB1, побуждая клетки вести себя как опухоли. Чтобы убедиться, что это правда, группа прикрепила флуоресцентные молекулы к ZEB1, чтобы отследить его, и обнаружила, что его больше, чем больше днРНК PNUTS.
Как и ожидалось, доклинические модели показали, что опухоли молочной железы и легких росли быстрее и крупнее, когда их клетки содержали больше днРНК PNUTS. Соединив все точки, группа Хоу показала, что один ген может образовывать либо РНК, кодирующую белок, либо длинную некодирующую РНК. В случае с TGF-бета днРНК впитывала микроРНК-205, как губка, высвобождая ZEB для запуска эпителиально-мезенхимального перехода, критического события в развитии и распространении рака.
Это первое исследование, которое точно показывает, как TGF-бета вызывает рак посредством образования длинной некодирующей РНК. Хоу и его команда проводят эксперименты, чтобы найти другие такие же длинные некодирующие РНК, которые следуют тому же механизму при раке, с целью разработки методов лечения, нацеленных на них.
«Мой прогноз состоит в том, что этот механизм эволюционировал не для создания одной длинной некодирующей РНК», - говорит Хоу. «Вероятно, есть и другие, которые генерируются таким же образом».