Как диета контролирует созревание РНК


Особенно чувствительны к химическим модификациям, информационные РНК (мРНК) – это молекулы, отвечающие за передачу информации, закодированной в нашем геноме, что позволяет синтезировать белки, необходимые для функционирования наших клеток. Две группы из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, в сотрудничестве с Норвежским университетом науки и технологий (NTNU) сосредоточились на конкретном типе химической модификации – метилировании – молекул мРНК в небольшом черве. Caenorhabditis elegans. Они обнаружили, что метилирование определенной последовательности мРНК приводит к ее деградации и что этот механизм контроля зависит от диеты червя. Эти выводы следует прочитать в журнале. Клетка.

Прежде чем кодируемый ДНК ген продуцирует соответствующий белок, необходимо пройти несколько этапов. Одна из двух цепей ДНК сначала транскрибируется в РНК, которая затем проходит несколько процессов, включая сплайсинг, прежде чем транслируется в белок. Этот процесс удаляет ненужные некодирующие последовательности (интроны) из гена, оставляя только кодирующие последовательности (экзоны). Эта зрелая форма РНК называется информационной РНК (мРНК).

«Пост-это» для блокирования синтеза белка

В дополнение к этим процессам РНК – но также и молекулы ДНК – могут подвергаться химической модификации: метилированию. Он заключается в добавлении метильной группы (CH3), которая позволяет изменять судьбу этих молекул без изменения их последовательности. Отложенные на РНК или ДНК в очень определенных местах, таких как «пост-его», метильные группы указывают клетке, что этим молекулам должна быть дана определенная судьба. Важно метилирование РНК: мыши без метилирования РНК умирают на ранней эмбриональной стадии.


Две соседние команды в UNIGE, одна из которых работает над регуляцией РНК, а другая специализируется на организации ДНК у червя. C. elegans, изучили роль метилирования в контроле экспрессии генов. Лаборатории Рамеша Пиллаи и Флориана Штайнера, профессоров кафедры молекулярной биологии факультета естественных наук UNIGE, впервые показали, что метилирование в конце интрона определенного гена блокирует механизм сплайсинга. Интрон не может быть удален, и не продуцируется.

Точное регулирование для обеспечения справедливого баланса

Этот ген, мРНК которого модифицирована метилированием, кодирует фермент, продуцирующий донор метила. «Таким образом, это саморегулирующийся механизм, поскольку ген, участвующий в производстве ключевого фактора, необходимого для метилирования, сам регулируется метилированием!» – объясняет Матеуш Мендель, исследователь из отдела молекулярной биологии факультета естественных наук UNIGE, и первый автор этого исследования.

Более того, эта модификация зависит от количества питательных веществ, получаемых червями. «Когда питательных веществ много, мРНК метилируется, сплайсинг генов блокируется, а уровень доноров метила уменьшается, что ограничивает количество возможных реакций метилирования. С другой стороны, когда питательных веществ мало, метилирование РНК этого гена, поэтому сплайсинг не блокируется и доноров метильных групп увеличивается », – сообщает Камила Делани, научный сотрудник отдела молекулярной биологии факультета естественных наук UNIGE. Элементы, присутствующие в пище, обеспечивают сырье, необходимое для производства донора метила, поэтому ингибирование сплайсинга, зависящее от метилирования, тормозит его производство в условиях богатой диеты. «Аберрантные реакции метилирования – слишком много или слишком мало – являются причиной многих заболеваний. Клетка создала эту очень сложную регуляторную систему, чтобы гарантировать справедливый баланс метилирования в клетке», – резюмирует Матеуш Мендель.

Метилирование мРНК по этим конкретным последовательностям было обнаружено в 1970-х годах учеными, в том числе Ули Шиблер, бывшим профессором UNIGE, прежде чем о нем забыли. Прошло 40 лет, прежде чем исследователи вновь открыли для себя его важность в регуляции генов в 2012 году. В этом исследовании ученые из Департамента молекулярной биологии подчеркивают решающую роль метилирования в контроле сплайсинга и в реакции на изменения окружающей среды.