Исследователи обнаружили, что мыши обладают естественной формой генной терапии — некодирующей РНК, которая может обойти генетические мутации. Им удалось разработать программируемую версию, которая распознавала определенные генетические мутации и могла использоваться для лечения генетических заболеваний у людей.
Прежде чем они станут зрелыми информационными РНК (мРНК), пре-мРНК модифицируются внутри ядра клетки. Интроны, некодирующие участки РНК, удаляются, а экзоны — кодирующие участки — соединяются вместе, образуя зрелую мРНК. Зрелая мРНК затем экспортируется в цитоплазму, где рибосомный «механизм» клетки декодирует генетическую информацию в белки, необходимые для клеточных процессов.
Но РНК также может регулировать активность генов посредством некодирующих РНК. , чья генетическая последовательность не используется для генерации белков. Одной из таких некодирующих РНК является 4.5SH, обнаруженная только у мелких грызунов, таких как мыши и крысы. Ген 4.5SH образует большой кластер тандемных повторов — короткие участки ДНК, повторяющиеся в гене несколько раз, достигающие более 10 000 молекул на клетку.
Новое исследование, проведенное исследователями из Университета Хоккайдо в Японии, выявило роль РНК 4.5SH как средства обхода мутаций в ДНК мыши, которые происходят во время созревания мРНК.
«РНК 4.5SH была обнаружена в 1970-х годов, однако, несмотря на его обилие и присутствие во многих типах тканей, его функция оставалась загадкой более 40 лет», — сказал Шиничи Накагава, один из авторов исследования.
Исследователи обнаружили, что нокаут гена 4.5SH у мышей приводит к летальному исходу, вызывая смерть на эмбриональной стадии, и позволяют предположить, что РНК 4.5SH является важной некодирующей РНК у мышей.
«Было известно, что геном мыши содержит множество летальных мутаций в генах, которые кодируют важные белки», — сказал Накагава. «РНК 4.5SH обладает способностью детоксицировать эти мутации в больших объемах — по сути, это естественная генная терапия для защиты от мутаций».
Секвенирование РНК показало, что РНК 4.5SH защищает транскриптом – совокупность всех транскриптов РНК, кодирующих и некодирующих – от аномальных экзонов, которые в противном случае привели бы к появлению преждевременных стоп-кодонов, сигналов, завершающих процесс трансляции белка, или мутаций сдвига рамки считывания, вставок или делеций, которые изменить способ чтения последовательности.
Анализируя молекулярную структуру РНК 4.5SH, исследователи обнаружили, что она состоит из двух частей: сенсорного модуля, который распознает аномальные экзоны, и эффекторного модуля, который образует пары оснований с аномальными экзонами, чтобы предотвратить их включение в мРНК посредством процесса, называемого альтернативным сплайсингом. При альтернативном сплайсинге мутировавший экзон пропускается во время сплайсинга, в результате чего образуется новый белок, функционально аналогичный (называемый изоформой) без потери оригинала.
«Насколько нам известно, это Это первый пример естественной РНК, которая может определенным образом регулировать альтернативный сплайсинг», — сказал Накагава. «Наше исследование также предполагает, что значительная часть таких некодирующих РНК может участвовать в контроле альтернативного сплайсинга».
РНК 4.5SH действует как естественный агент генной терапии у мышей, предотвращая включение мутаций РНК (слева). Создав 4.5SH РНК, можно будет использовать ее для лечения генетических заболеваний у людей (справа) Синити Накагава/Университет Хоккайдо
Понимание модульной структуры 4.5SH РНК позволило исследователям создать программируемый регулятор сплайсинга (химерную РНК). ), чтобы вызвать пропуск целевых экзонов, представляющих интерес. Созданная ими химерная РНК может стать полезным инструментом для генной инженерии.
«Наше открытие предполагает возможность разработки новых препаратов генной терапии, которые распознают только определенные генетические мутации путем модификации сенсорного модуля РНК 4.5SH, поэтому возможно, мы сможем предотвратить проявление токсичных областей, связанных с заболеванием», — сказал Накагава.
Исследование было опубликовано в журнале Molecular Cell.
