Полный атлас!

Составлен атлас микроРНК

Алексей Щербаков

5 октября, 2017 14:15

4 мин

Международный консорциум, в котором участвуют Институт общей генетики РАН и МФТИ, составил полный атлас микроРНК с промоторами и их предшественников в разных тканях. Правда, пока только человека и мыши, но и это – значительный рывок вперёд в познании механизмов воспроизводства ДНК.

МикроРНК – это малая молекула РНК длиной всего около 20 нуклеотидов, участвующая в регуляции работы генов. В разных тканях необходима активность разного набора генов, а ненужные гены «глушатся» как раз молекулами микроРНК. Подобно шапочкам, они надеваются на ненужную часть цепочки информационной РНК и блокируют воспроизводство белков.

Многие болезни вызываются отклонениями в работе микроРНК, поэтому сейчас разрабатывается терапия анти-микроРНК, например, от рака. Однако микроРНК можно использовать и в качестве лекарства для подавления синтеза «плохих» белков. Правда, чем регулируется деятельность микроРНК, известно очень мало.

Звеньями РНК служат нуклеотиды аденин (A), цитозин (C), гуанин (G), урацил (U). Они образуют связи C-G, A-U и G-U. Последовательности CCUA и GGGU смогут связываться друг с другом и называются комплементарными, а CCUA и UCCG не комплементарны. МикроРНК связывается с почти комплементарным ей участком РНК и не даёт синтезировать белок с этого участка.

Ещё лет 30 назад про микроРНК не знали. Только в 1993 году была описана первая некодирующая РНК, то есть молекула РНК, на основе которой не воспроизводятся белки. РНК – одноцепочечная молекула, состоящая из звеньев-нуклеотидов. Она получается из ДНК – двухцепочечной молекулы, в которой зашифрована последовательность РНК. На основе ДНК получаются все РНК: и кодирующие (информационные РНК), и некодирующие – перевод из ДНК в РНК называется транскрипцией.

Информационная РНК работает «рецептом», по которому производятся белки, а некодирующие РНК участвуют в «приготовлении» белка. Все РНК, чтобы выполнять свои функции, должны пройти несколько стадий созревания. Так, специальные белки вырезают из молекулы РНК длиной около 80-ти нуклеотидов маленький кусочек, и получается микроРНК. Говорят, что микроРНК вырезается из предшественника микроРНК, или пре-микроРНК.

Транскрипция начинается, когда специальные белки (транскрипционные факторы) садятся на стартовую площадку – участок ДНК рядом с геном - которая называется промотором. Промотор ассиметричен и указывает, какая из двух цепочек ДНК будет служить матрицей для синтеза РНК.

У предшественников микроРНК тоже есть промоторы, однако многие из них точно не определены. По этой причине сложно изучать регуляцию микроРНК, хотя большинство микроРНК и их предшественники уже известны. МикроРНК свойственны определённым тканям. Иначе говоря, в одних тканях экспрессируются (переводятся из ДНК в РНК) предшественники одних микроРНК, в других тканях – других. Благодаря этому клетки в разных тканях обладают разными свойствами - потому что блокируются разные наборы генов.

Работа проводилась в рамках большого исследовательского проекта FANTOM5 (Functional annotation of the mammalian genome – «Функциональная характеристика генома млекопитающих»), который собирает и анализирует данные о функциональных элементах в геноме мыши и человека.

Была разработана технология (CAGE, Cap Analysis of Gene Expression), с помощью которой можно находить промоторы в геноме. Сопоставлены данные о промоторах с данными о коротких РНК, и для каждой микроРНК определены предшественник и его промотор. Многие микроРНК были описаны ранее, а некоторые новые микроРНК были найдены с помощью специального алгоритма. Кроме этих данных, атлас содержит карту экспрессии предшественников всех микроРНК в более чем ста видах тканей человека. По этой карте можно посмотреть, в каких тканях какие микроРНК играют свою регулирующую роль.

Один из соавторов работы, профессор кафедры биоинформатики МФТИ Всеволод Макеев пояснил: «Когда вы знаете, где находится промотор, вы можете, во-первых, пытаться понять, в какие регуляторные каскады включена эта микроРНК. А во-вторых, если у человека есть мутации на участке, где находится промотор, у него могут случиться нарушения регуляции, и вы будете об этом знать, а в будущем даже исправлять эти нарушения».

Результаты работы выложены в открытый доступ, научная работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.