Давно известно, что РНК в клетке не просто служит посредником между ДНК и белок-синтезирующей машинерией, но и выполняет массу других, регуляторных функций. Достаточно вспомнить про класс микрорегуляторных РНК, которые, сами ничего не кодируя, влияют на активность других, матричных РНК.

Молекула ДНК во время удвоения (вверху) и «классическая» линейная молекула РНК (внизу) (фото Dr. Gopal Murti).Однако до самого недавнего времени все молекулы РНК в клетке считались линейными — в том смысле, что оба конца у них свободны и любую РНК можно вытянуть в отрезок. При этом появлялись сообщения, что есть кольцевые РНК, но их считали либо молекулярными аномалиями, либо вообще экспериментальными артефактами. Кроме того, такие случаи были довольно редки. Однако год назад исследователи из Стэнфорда (США) нашли просто огромное количество натуральных кольцевых РНК. Причина, по которой этот довольно обширный класс РНК ускользал от внимания учёных, кроется в методах изъятия этих нуклеиновых кислот из биоматериала: обычно РНК «ловят» за свободные концы, а коль скоро у кольцевых РНК концов нет, то они оставались долгое время невидимыми.

Но, несмотря на всё их обилие, кольцевые РНК продолжали считать ничего не значащим молекулярным мусором: никто не мог сказать, зачем они нужны. Но после двух исследований групп Николауса Раевского из (Германия) и Йоргена Кьемса из Орхусского университета (Дания) отношение к кольцевым РНК должно измениться. И те и другие изучали крупную кольцевую РНК размером в 1 500 оснований, которая синтезируется в мозгу мыши и человека. Выяснилось, что у этой РНК около семидесяти сайтов связывания микрорегуляторной РНК (микроРНК) под названием miR-7.

МикроРНК, как мы помним, блокируют трансляцию: они связываются с матричной РНК (разным матричным РНК соответствуют свои микроРНК) и мешают рибосоме работать с этой мРНК. Значение микроРНК в регуляции молекулярно-генетической активности чрезвычайно велико, и многие из этих молекул, как считается, связаны с такими заболеваниями, как рак или синдром Паркинсона.

Исследователи из Дании обнаружили, что кольцевая РНК работает как блокатор микроРНК miR-7. Чем больше в клетке было кольцевой РНК, тем менее активной оказывалась miR-7. Как пишут учёные в журнале Nature, происходит это, по-видимому, оттого что большая кольцевая РНК собирает на себя маленькие miR-7 и не даёт им связываться с матричными РНК. С другой стороны, команда из Германии показала, что избыток кольцевой РНК у рыбки Danio rerio влияет на развитие мозга — и влияет таким же образом, как отсутствие микрорегуляторных miR-7. Свои результаты группа г-на Раевского опубликовала в том же номере Nature.

Будь эта РНК простым экспериментальным артефактом или ни для чего не нужной ошибкой клеточных ферментов, она никак не влияла бы на функции других молекул, а тем более на формирование мозга. Иными словами, кольцевые РНК в клетке нужны для выполнения определённой работы, и, как полагают исследователи, одним лишь взаимодействием с микроРНК их задачи не ограничиваются. Учёные, например, считают, что кольцевые РНК могут защищать организм от вирусов, связывая с собой вирусную РНК, или влиять на другие молекулярные процессы, взаимодействуя с белками, которые управляют биосинтезом.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Наряду с обычными молекулами РНК, которые имеют начало и конец, в наших клетках есть изрядное количество кольцевых РНК. Правда, исследователи пока не знают, как они образуются и какую функцию выполняют.

Трансляция на матричной РНК комара-звонца; красным выделена сама мРНК, зелёным — растущие полипептидные цепи, синим — рибосомыМолекулы РНК, синтезируемые в процессе транскрипции на ДНК-шаблоне, всегда линейны. У бактерий начало РНК тут же подхватывается белок-синтезирующими машинами — рибосомами, так что ещё до конца собственного синтеза молекулы РНК уже заняты в другом процессе; на манипуляции с самой РНК у бактерии просто нет времени и возможностей. У эукариот свежесинтезированная матричная РНК претерпевает ряд модификаций, но всё равно её молекула остаётся разомкнутой: чтобы на ней начался синтез белка, на одном из её концов должен быть специальный «маячок», который привлечёт белки трансляции. Правда, существуют и другие классы РНК, вроде рибосомной или транспортной, но и у этих разновидностей концы рибонуклеиновой цепи не сшиты друг с другом.

Однако некоторое время назад появились данные, что некоторые РНК имеют кольцевую форму. Поначалу это воспринималось как диковинное исключение, пока группа исследователей из Стэнфорда (США) не опубликовала в PLoS ONE статью, из которой следует, что таких кольцевых РНК может быть больше, чем мы думаем.

Исследователи обнаружили кольцевые РНК, когда искали скрытые экзоны. Известно, что зрелая мРНК образуется в результате сильного редактирования: новосинтезированная РНК состоит из перетасованных экзонов — фрагментов полезной информации, и интронов — фрагментов «бессмысленной» последовательности. Конечная мРНК, с которой может синтезироваться белок, образуется в результате сшивания экзонов в одну непрерывную последовательность. Этот процесс называется сплайсингом.

Однако интроны порой могут приобретать «смысл» и становиться экзонами. В экзоны могут также превращаться какие-то совсем посторонние последовательности; считается, что именно это происходит при злокачественном перерождении клетки. Но когда исследователи принялись искать случаи такого превращения, они обнаружили, что некоторые из таких экзонов могут существовать только в форме кольцевых молекул РНК. То есть процесс их сшивания приводит к кольцеванию зрелой молекулы. Чтобы подтвердить своё предположение, учёные обработали выделенную из клеток РНК ферментом, расщепляющим только линейные молекулы. Оставшиеся нерасщеплёнными РНК совпали с предсказанными кольцевыми. Таких мРНК-колец оказалось много, и они обнаружились не только в раковых, но и в обычных здоровых клетках.

Скептики отмечают важность полученных результатов, но при этом добавляют, что ничего не известно о функциональности таких мРНК, ведь не исключено, что это попросту молекулярный мусор. В конце концов, в эксперименте мог плохо сработать фермент, режущий линейные РНК, и оставшиеся из-за его недоработки линейные РНК могли быть приняты за кольцевые. Авторы отвечают на так: будь это «бессмысленные» побочные продукты, они оставались бы в ядре клетки и быстро расщеплялись, а не проходили в цитоплазму, где их и нашли. Так или иначе, исследователям предстоит большая работа по подтверждению и перепроверке полученных данных: уж очень серьёзные изменения могут постичь представления о том, как функционируют наши молекулярные машины.

Источник:  КОМПЬЛЕНТА