Назад
Ученые описали новую форму регуляции генов, которая изменяется при раке мочевого пузыря, что приводит к усилению генного механизма, помогающего раковым клеткам выжить в процессе бурного роста.
Их работа посвящена фрагменту трансферной РНК, известному как tRF-3b, который модифицируется ферментным комплексом TRMT6/61A. При раке мочевого пузыря уровень TRMT6/61A - фермента метилтрансферазы, который добавляет метильную группу к четвертому основанию tRF-3b - повышен. Эта модификация не позволяет tRF-3bs заглушать экспрессию различных генов в механизме ответа на сворачивание белка в раковых клетках, что приводит к повышенной экспрессии этих генов.
"Насколько нам известно, это первый пример регуляции микроРНК-подобного сайленсинга генов с помощью ТРМТ6/61 на основе модификации N1-метиладенозина, и наш отчет раскрывает механизм, с помощью которого повышение уровня ТРМТ6/61А, наблюдаемое в раковых клетках, может влиять на экспрессию генов", - сообщила руководитель исследования Аниндия Дутта. "Быстро пролиферирующие раковые клетки синтезируют и сворачивают гораздо больше белков, чем нормальные клетки, и поэтому для поддержания белкового гомеостаза им необходима регуляция пути ответа на не свернутые белки. Мы обнаружили, что один из способов, которым раковые клетки мочевого пузыря активируют реакцию на не свернувшийся белок, способствующую выживанию, чтобы ослабить стресс эндоплазматического ретикулума, заключается в том, что tRFs не позволяют заглушить экспрессию генов, вовлеченных в эту реакцию на не свернувшийся белок".
"Ответ несвернутого белка тесно связан со многими аспектами прогрессирования рака и стал перспективной терапевтической мишенью", - отмечает Дутта. "Ранее было отмечено, что гены, связанные с реакцией несвернутого белка, активизированы при нескольких типах рака, включая рак мочевого пузыря, поэтому наши результаты позволяют предположить, что ингибирование фермента TRMT6/61A может стать новым подходом к лечению рака мочевого пузыря".
Исследование Дутты и коллег включало анализ тканей рака мочевого пузыря, полученных от пациентов, подвергшихся трансуретральной резекции опухолей мочевого пузыря. Работа опубликована в журнале Nature Communications. Важным достижением исследования стал рабочий процесс, использованный для создания библиотеки малых РНК из клеток человека с модификацией N1-метиладенозина, или m1A. Этот рабочий процесс объединил два независимых подхода - обогащение с помощью m1A-антител с последующим секвенированием малых РНК и сигнатура m1A-индуцированного несоответствия с помощью секвенирования.
Исследователи обнаружили, что фермент обратной транскриптазы ProtoScriptII, обычно используемый для секвенирования коротких РНК, плохо справляется с обнаружением малых РНК, содержащих m1A; однако использование двух других обратных транскриптаз в рабочем процессе показало, что фрагменты, полученные с помощью тРНК, включая tRF-3b, были обогащены среди коротких РНК. Это позволило предположить, что малые РНК с модификацией m1A недостаточно представлены в большинстве библиотек сиквенсов малых РНК, в которых обычно используется ProtoScriptII.
С помощью усовершенствованного рабочего процесса исследователи обнаружили, что модификация m1A существует в основном на tRFs среди малых РНК человека. Они также обнаружили, что модификация m1A высокоспецифична и распространена как на tRF, кодируемых ядрами, так и на tRF, кодируемых митохондриями, а модификация m1A, обнаруженная на tRF-3b из тРНК, кодируемых ядрами, опосредована комплексом TRMT6/61A. Каким образом m1A-tRF-3b препятствует сайленсингу генов? Ответ на этот вопрос требует еще более глубокого погружения в молекулярную генетику, но ключевым является то, что модификация N1-метиладенозина нарушает регулярное сопряжение оснований по Уотсону-Крику.
Известно, что микроРНК глушат гены, связываясь с комплексом РНК-индуцированного глушения, или RISC. Там они выступают в качестве шаблона для связывания комплементарных мессенджерных РНК, после чего мессенджерная РНК глушится и разрушается RISC. Подобно микроРНК, tRF-3 были обнаружены в различных биологических процессах, в частности, в процессах сайленсинга генов, которые зависят от сопряжения оснований между малыми РНК, в данном случае tRF-3, и целевыми РНК.
Исследователи провели люциферазный репортерный анализ и обнаружили, что немодифицированный tRF-3 вызывает сайленсинг генов, тогда как модифицированный m1A tRF-3b отменяет сайленсинг генов. "Поскольку m1A прерывает каноническое сопряжение оснований, мы предполагаем, что ослабленное сопряжение оснований m1A в tRF-3 с целевой мессенджерной РНК объясняет пониженную активность сайленсинга генов, наблюдаемую для m1A-содержащих tRF-3", - отмечает Дутта.
Zhangli Su et al. TRMT6/61A-зависимое метилирование оснований тРНК-производных фрагментов регулирует активность генного сайленсинга и ответ несвернутого белка при раке мочевого пузыря (аннотация).
Модификации РНК являются важными регуляторными элементами функций РНК. Однако в большинстве случаев геномное картирование модификаций РНК было сосредоточено на мессенджерных РНК и трансферных РНК, а для малых РНК такие данные отсутствуют.
В данном исследовании мы картировали N1-метиладенозин (m1A) в пространстве клеточных малых РНК. Сравнивая с синтетическими РНК m1A, мы определили конкретные группы m1A-содержащих малых РНК, которые в других случаях представлены непропорционально мало. В частности, фрагменты 3′ тРНК длиной 22 нуклеотида высоко обогащены для TRMT6/61A-зависимых m1A. ТРМТ6/61А-зависимый м1А негативно влияет на сайленсинг генов с помощью tRF-3s. В уротелиальной карциноме мочевого пузыря, где сверхэкспрессируется TRMT6/61A, обнаруживается более высокая модификация m1A на tRFs, что коррелирует с дисрегуляцией tRF таргетома. Наконец, TRMT6/61A регулирует мишени tRF-3, вовлеченные в реакцию несвернутого белка.
В совокупности наши результаты раскрывают механизм регуляции экспрессии генов через модификацию оснований малых РНК.
