Один из видов одноклеточных инфузорий нашел особую уловку, позволяющую использовать клеточный механизм, казалось бы, невозможным образом. Исследователи из NCCR «РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний» Бернского университета впервые подробно описали механизм того, как так называемая «мусорная» ДНК транскрибируется перед деградацией - и этот механизм удивительно умен.
Это немного похоже на предложение, победившее в конкурсе дизайнеров: как можно прочитать небольшие фрагменты информации, если они слишком короткие, чтобы поместиться в считывающее устройство? Сшейте их вместе в более длинную цепочку и замкните нить, чтобы получилась удобная петля, которую можно даже многократно считывать. Вот как маленький организм под названием Paramecium tetraurelia, вид одноклеточных инфузорий, организует транскрипцию небольших вырезанных сегментов ДНК в РНК, выполняющих регуляторную функцию.
Но на самом деле история идет наоборот: когда Мариуш Новацкий из Института клеточной биологии Бернского университета обнаружил малые РНК с регуляторной функцией удаления сегментов ДНК Paramecium, он и его команда начала исследовать молекулярные механизмы - откуда берутся эти РНК и какова их роль? Вскоре они обнаружили, что существует своего рода петля обратной связи при удалении сегментов ДНК. Эти фрагменты ДНК, ранее считавшиеся бесполезными (также называемые «мусорной ДНК»), вырезаются из генома, а затем расщепляются клеточным механизмом. Однако перед деградацией они служат матрицами для малых РНК, которые, в свою очередь, помогают вырезать больше этих фрагментов ДНК. Однажды начавшись, эта пирамидальная система продолжает укреплять себя за счет производства РНК.
Транскрибирование непереводимого
Какой бы красивой и интригующей ни казалась эта система, исследователи столкнулись с серьезной проблемой: обычно для работы механизма клеточной транскрипции требуется гораздо более длинный фрагмент ДНК. Так как же можно было использовать эти маленькие вырезанные кусочки ДНК длиной даже меньше 30 пар оснований в качестве матриц? Без хорошего объяснения этому вся теория выглядела очень неправдоподобно. «Это была интересная детективная работа, - вспоминает Новацки. У них был подозреваемый - все, что им нужно было, это поймать его. «На самом деле мы не искали неизвестного, потому что вскоре у нас появилась идея, а затем нужно было проверить эту идею». И их догадка оказалась верной: Paramecium нашел способ случайным образом сшивать фрагменты ДНК в цепочки и, как только цепочки приобретают нужную длину (около 200 пар оснований), соединять концы и образовывать кольцевые конкатемеры сегментов ДНК..
Хлам или не барахло?
Находка имеет интересные последствия: ДНК, считающаяся некодирующим «мусором» - бесполезной для организма и быстро деградирующей после удаления из генома - на самом деле является функциональным шаблоном для биологически важного класса. малых РНК. На самом деле это одна из крупных новых областей молекулярной биологии, которая определяет, действительно ли «мусорная» ДНК бесполезна или, как становится все более ясно, действительно ли она выполняет регулирующие функции. Новацкий считает, что в этой работе его группе впервые удалось установить точный механизм транскрипции удаленной «мусорной» ДНК, что укрепило бы доводы в пользу неизбежной смены имени.
РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний
В исследовании NCCR «РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний» изучается класс молекул, которым долгое время пренебрегали: РНК (рибонуклеиновая кислота) играет ключевую роль во многих жизненно важных процессах и намного сложнее, чем предполагалось изначально.. Например, РНК определяет условия в данной клетке, при которых данный ген активируется или не активируется. Если какая-либо часть этого процесса генетической регуляции нарушается или протекает с перебоями, это может привести к сердечным заболеваниям, раку, заболеваниям головного мозга и нарушениям обмена веществ. NCCR объединяет швейцарские исследовательские группы, изучающие различные аспекты биологии РНК в различных организмах, таких как дрожжи., растения, аскариды, мыши и человеческие клетки. Базовыми учреждениями являются Бернский университет и ETH Zurich.