Wskazówki zawarte w procesie translacji białek pomogą w walce z różnymi chorobami
Ekspresja genów to złożony proces regulowany na wielu etapach. Białka wiążące RNA (ang. RNA-binding proteins, RBP) są kluczowe na etapie rozpoznawania cząsteczek mRNA i następującej po nim translacji, gdyż tworzą kompleksy rybonukleoproteinowe (ang. ribonucleoprotein complexes, RNP) i koordynują wszystkie etapy regulacji, którym podlegają cząsteczki RNA.
Innowacyjna metodologia badań RNA
Aby lepiej poznać proces translacji, naukowcy z finansowanego przez UE projektu TRANSLATE badali zachodzące wewnątrz komórek interakcje między białkami i RNA oraz między RNA i RNA. By móc zidentyfikować zespoły białko-RNA w wysokiej rozdzielczości, zespół opracował nowe techniki, które łączą elementy biochemii i biologii obliczeniowej, a oparte zostały na metodologii opracowanej w ramach wcześniejszego, finansowanego przez ERBN projektu CLIP. „Chcieliśmy zrozumieć, w jaki sposób komórki odpowiadają na szczególne rodzaje sygnałów, regulując w tym celu proces translacji, a tym samym ekspresję genów”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Jernej Ule(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Stworzone dzięki projektowi metody polegają na metodzie iCLIP(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która wykorzystuje sieciowanie UV oraz immunoprecypitację w celu oczyszczenia krótkich fragmentów RNA związanych ze specyficznym białkiem oraz ich identyfikacji przy pomocy sekwencjonowania. Badacze opracowali nową, hybrydową metodę iCLIP (hiCLIP), aby zbadać, w jaki sposób drugorzędowa struktura RNA definiuje skład i funkcje kompleksów rybonukleoproteinowych. Dzięki temu odkryli tzw. dupleksy „dalekiego zasięgu”, które łączą znajdujące się w tej samej cząsteczce mRNA rejony, będące względem siebie w zaskakująco dużej odległości. Jak twierdzi dr Ule, „niespodziewanie umożliwiło to wgląd w złożone konformacje strukturalne ludzkiego mRNA, które mogą prowadzić do przypominającego składanie origami procesu kompresji RNA”. Takie dupleksy RNA są wiązane przez białka Staufen 1 i 2, które rozpoznają dwuniciowe fragmenty RNA przede wszystkim w rejonach 3’ niepodlegających translacji (ang. 3’ untranslated region, 3’UTR) cząsteczek mRNA, gdzie mogą wpływać na kontrolę stabilności mRNA, jego translację i rozmieszczenie w komórkach.
Potencjalny wpływ interakcji RNA-RNA
Naukowcy zbadali, w jaki sposób komórki modyfikują dupleksy RNA oraz przeanalizowali interakcje RNA-RNA w odpowiedzi na sygnały komórkowe wysyłane w celu kontroli procesu translacji mRNA w nowe białka. Pozwoliło to lepiej zrozumieć fundamentalne mechanizmy leżące u podstaw regulacji translacji oraz ich znaczenie dla gwałtownych zmian ekspresji genów w odpowiedzi na stres. Metody iCLIP i hiCLIP staną się podstawą odkrycia wielu nowych interakcji typu białko-RNA i RNA-RNA, odgrywających istotną rolę w procesach biologicznych. Plany na przyszłość zakładają badanie roli, jaką struktura mRNA i związane RNP odgrywają w rozwoju stanów chorobowych. „Na kolejnym etapie będziemy badać dynamikę kompleksów białko-RNA w rozwoju chorób oraz sprawdzać, w jaki sposób mutacje białek wiążących RNA zaburzają składanie i funkcjonowanie tych kompleksów”, nakreśla dr Ule. Będzie to przedmiotem projektu RNPdynamics(odnośnik otworzy się w nowym oknie) realizowanego dzięki przyznanemu przez ERBN grantowi dla zaawansowanych badaczy. Zważywszy na to, że wiele chorób dotykających ludzkość związanych jest z defektami procesu translacji mRNA, mechanizmy odkryte dzięki projektowi TRANSLATE są najprawdopodobniej związane z częścią tych chorób. Ponadto mutacje powodujące nowotwory lub choroby o podłożu neurodegeneracyjnym, takie jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS), często występują w kompleksach rybonukleoproteinowych, dlatego wyniki badania TRANSLATE mają tak ogromne znaczenie dla praktyki klinicznej.
