Российские учёные из Института общей генетики РАН и МФТИ разработали атлас микроРНК человека и мыши.
МикроРНК — это малые некодирующие молекулы РНК длиной около 20 нуклеотидов. Они участвует в регуляции работы генов и дифференциации клеток. Учёные давно изучают микроРНК, однако до сих пор им не было известно, какие участки генома участвуют в регуляции самих микроРНК. Теперь же исследователи нашли эти участки с помощью специального алгоритма, а также определили активность всех микроРНК в разных тканях.
"Создание полного атласа микроРНК в различных клетках приближает нас ещё на один шаг к созданию полной картины регуляции генов", — комментирует соавтор работы Юлия Медведева.
Эксперты поясняют: в разных тканях необходима активность разного набора генов, а ненужные гены "глушат" молекулы микроРНК. Они являются как бы маленькими полицейскими, которые узнают ген, который не должен работать в этой ткани, и блокируют его. При многих болезнях наблюдаются отклонения в работе микроРНК, поэтому сейчас разрабатывается терапия анти-микроРНК, например, от рака. Кроме того, молекулы микроРНК можно использовать в качестве лекарства, так как с их помощью можно подавить синтез плохих белков. Однако про то, как регулируется сама микроРНК, известно очень мало.
Звенья РНК — нуклеотиды аденин (A), цитозин (C), гуанин (G), урацил (U) — могут образовывать связи C-G, A-U и G-U. Например, последовательности CCUA и GGGU смогут связываться и будут называться комплементарными, а CCUA и UCCG не будут комплементарны. МикроРНК связывается с почти комплементарным ей участком РНК и таким образом не даёт синтезировать белок с этого участка.
Ещё лет 30 назад про микроРНК никто не знал. Только в 1993 году была описана первая представительница этих некодирующих РНК, то есть молекул РНК, на основе которых не производятся белки. РНК — это 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 (матричные или информационные РНК), и некодирующие. Перевод из ДНК в РНК называется транскрипцией.
Информационная РНК служит "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. МикроРНК вырезается из предшественника, или пре-микроРНК.
Транскрипция начинается с того, что специальные белки (транскрипционные факторы) садятся на стартовую площадку — участок ДНК рядом с геном, — которая называется промотором. У предшественников микроРНК тоже есть промоторы, однако до сих пор многие из них не были определены достаточно точно. По этой причине было сложно изучать регуляцию микроРНК, хотя большинство микроРНК и их предшественники уже известны.
МикроРНК тканеспецифичны: в одних тканях экспрессируются предшественники одних микроРНК, а в других тканях — других. Благодаря этому клетки в разных тканях обладают разными свойствами (потому что разные наборы генов блокируются).
Группа учёных составила полный атлас микроРНК с промоторами их предшественников в разных тканях. 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.
Ранее учёные разработали технологию CAGE (кэп-анализ экспрессии генов), с помощью которой можно находить промоторы в геноме. Они сопоставили данные о промоторах с данными о коротких РНК и для каждой микроРНК определили предшественника и его промотор. Многие микроРНК были описаны ранее, а некоторые новые микроРНК нашли с помощью специального алгоритма.
Помимо 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.
"Когда вы знаете, где находится промотор, вы можете, во-первых, понять, в какие регуляторные каскады эта микроРНК включена. А во-вторых, если у человека есть мутации на том участке, где находится промотор, у него могут быть какие-то нарушения регуляции, и вы будете об этом знать, а в будущем даже, возможно, исправлять эти нарушения", — заключает соавтор исследования Всеволод Макеев.
Научная работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.
Напомним. что ранее мы рассказывали о новом амбициозном проекте по созданию нового атласа клеток человека.
