Исследования показывают, как «мусорная» РНК контролирует наши гены

Исследователи из Университета штата Аризона достигли значительного прогресса в понимании того, как гены контролируются в живых организмах. Новое исследование, опубликованное в журнале Исследования нуклеиновых кислотфокусируется на критических фрагментах РНК у крошечного прозрачного круглого червя Caenorhabditis elegans (C. elegans).

Исследование предоставляет подробную карту 3’UTR-регионов РНК у C. elegans. 3’UTR (нетранслируемые регионы) представляют собой сегменты РНК, участвующие в регуляции генов.

Новая карта является ценным инструментом для ученых, изучающих, как гены ДНК включаются и выключаются после того, как они транскрибируются в РНК. Используя эти данные, ученые могут делать улучшенные прогнозы того, как малые молекулы РНК (миРНК) взаимодействуют с генами, чтобы контролировать их активность. Исследователи также изучили важные области 3’UTR, которые помогают в обработке и регуляции молекул РНК.

Изучая генетический материал в этом модельном организме, исследователи получают более глубокое представление о тайнах поведения генов, проливая свет на фундаментальные биологические процессы, необходимые для здоровья и болезней человека.

«Эта монументальная работа представляет собой кульминацию 20 лет упорного труда. Наконец-то у нас есть полная картина того, как формируются гены у высших организмов», — говорит Марко Мангоне, один из авторов нового исследования.

«Благодаря этому полному набору данных мы теперь можем точно определить и изучить все регуляторные и обрабатывающие элементы в этих участках генов. Эти элементы определяют продолжительность экспрессии генов, их конкретное расположение в клетках и требуемый уровень экспрессии».

Мангоне — научный сотрудник Центра персонализированной диагностики Biodesign Virginia G. Piper и профессор Школы естественных наук Университета штата Аризона.

Гены — это только половина истории

Гены — это сегменты ДНК, содержащие чертежи для удивительного разнообразия жизни на Земле. Однако часть секрета этой универсальности заключается не в самих генах, а в том, как тонко настроены их эффекты. Гены предоставляют инструкции для создания белков, которые играют важную роль в построении и восстановлении клеток и тканей, ускоряя химические реакции и защищая организм от патогенов.

Для производства белков генам требуется промежуточная молекула, называемая РНК. Во время этого процесса ДНК сначала копируется в РНК, которая действует как мост между шаблоном ДНК и полученными белками. Хотя наш геном ДНК фиксирован с рождения, РНК обеспечивает организму огромную гибкость, регулируя, как экспрессируются гены.

После того как генетические инструкции транскрибируются из ДНК в информационную РНК (мРНК), специализированные сегменты мРНК — 3’UTR — могут регулировать способ производства белков.

3’UTR — это участки РНК, расположенные на конце молекулы РНК-мессенджера. Они помогают управлять тем, как и когда производятся белки, контролируя стабильность и эффективность мРНК. Эта регуляция позволяет динамически реагировать на изменения окружающей среды и обеспечивает контроль над производством белка, что необходимо для адаптации к различным физиологическим потребностям.

3’UTR пересмотрены

Первоначально некодирующие РНК, такие как 3’UTR, считались несущественными генетическими фрагментами, поскольку сами по себе не кодируют белки. Однако недавние исследования показывают, что они имеют решающее значение для изменения поведения генов и влияния на стабильность мРНК, локализацию и эффективность трансляции. Трансляция относится к процессу преобразования РНК в белки, состоящие из последовательностей аминокислот.

3’UTR являются неотъемлемой частью сложной и высокоадаптируемой системы сдержек и противовесов в производстве белка. Кроме того, эти регуляторные элементы РНК часто содержат сайты связывания для других элементов, ответственных за регуляцию белка, включая микроРНК и РНК-связывающие белки.

Несмотря на их важность, ученые ранее мало что знали о них. Новое исследование заполняет этот пробел, картируя 3’UTR почти для всех генов в C. elegans, предоставляя самую полную карту такого рода для любого животного.

Окно в функцию генов и болезни

C. elegans — это небольшая прозрачная нематода, которая является одним из наиболее изученных модельных организмов в биологических исследованиях. Ее значение заключается в ее простоте, коротком жизненном цикле и хорошо картированной генетической структуре.

Организм разделяет многие важные биологические пути с людьми, что делает его бесценным для изучения функций генов, развития и процессов заболеваний. Его прозрачное тело позволяет исследователям наблюдать клеточные процессы в реальном времени, а его генетический состав позволяет точно манипулировать генами.

Эти характеристики делают C. elegans мощным инструментом для раскрытия фундаментальных механизмов биологии, которые часто сохраняются у разных видов, включая людей.

Исследование показало, что процесс переключения между различными 3’UTR встречается у C. elegans реже, чем считалось ранее. Это бросает вызов прежним убеждениям и подчеркивает сложность регуляции генов. Используя новые данные, ученые обновили прогнозы относительно того, как микроРНК взаимодействуют с генами.

Полученные в ходе нового исследования знания имеют далеко идущие последствия для здоровья человека. Проблемы с контролем генов могут привести к таким заболеваниям, как рак, диабет и неврологические расстройства. Предоставляя подробную карту 3’UTR и их регуляторных элементов, исследование предлагает новые идеи, которые могут привести к улучшению методов лечения и терапии.

Новый набор данных, полученный в ходе исследования, станет ключевым ресурсом для ученых, изучающих генетику и здоровье человека. Команда ASU планирует продолжить свои исследования, чтобы глубже изучить, как работают эти регуляторные элементы и их критическое влияние на контроль генов.