Белки, специфично и неспецифично связывающиеся с РНК, оказались принципиально схожи
Исследователи из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили неожиданное сходство между белками, которые считались фундаментально различными.
Команда изучала, как белки связываются с РНК — процесс, необходимый для экспрессии генов. Известно, что некоторые белки связываются только с РНК, имеющими определённые последовательности. Другие белки считались «неспецифичными», поскольку они взаимодействуют с РНК в, казалось бы, случайных местах. Однако команда опубликовала новое исследование в Nature, показывающее, что неспецифичные белки на самом деле обладают способностью быть избирательными в выборе места связывания с РНК — они находят и связываются с определёнными последовательностями нуклеотидов.
«Похоже, не существует такого понятия, как специфичные или неспецифичные белки; по сути, они все специфичны. Но они используют свою специфичность по-разному», — сказал Экхард Янковски, PhD, соавтор и профессор Центра молекулярной биологии РНК.
Исследователи разработали новый метод измерения связывания белков с тысячами различных молекул РНК, названный High Throughput Sequencing Kinetics (HITS-KIN). Этот подход, применимый во многих биологических областях, позволяет быстро анализировать большое количество мутаций в сайтах связывания белков с ДНК или РНК. HITS-KIN позволяет учёным завершить за несколько дней эксперименты, которые ранее заняли бы годы.
«Объединив традиционные биохимические методы с технологией секвенирования нового поколения, мы теперь можем провести один эксперимент с тысячами различных РНК, тогда как раньше мы были ограничены анализом только одной молекулы РНК за раз», — пояснил Майкл Э. Харрис, PhD, соавтор и доцент биохимии.
Дефекты во взаимодействиях между РНК и связывающимися белками лежат в основе многих заболеваний человека, включая рак и нейродегенеративные болезни. Это новое понимание того, как молекулы взаимодействуют, является критическим шагом на пути к разработке новых стратегий лечения.
«Новые данные могут предложить способы разработки лекарств, нацеленных на целый класс белков, которые связываются с ДНК и РНК в сайтах, лишённых специфических последовательностей распознавания. Ранее мы не понимали, как эти белки распознают, где связываться, что затрудняло разработку лекарств», — отметил Олег Барски, PhD, из Национального института общих медицинских наук NIH, частично финансировавшего исследование.
Используя HITS-KIN, Янковски и Харрис проанализировали, насколько слабо или сильно тысячи различных РНК связываются с определённым белком. Хотя предсказывалось, что неспецифичные белки связываются со всеми последовательностями РНК со сходным сродством, исследователи обнаружили для неспецифичного белка тот же широкий диапазон аффинностей связывания, который обычно характерен для специфичного белка.
Авторы предполагают, что два типа белков могут не отличаться фундаментально, а просто используют разные части своего спектра сродства для правильной экспрессии генов. В то время как специфичные белки могут соединяться со своими предпочтительными последовательностями среди множества молекул РНК в клетке, предпочтительные последовательности РНК для неспецифичных белков клеткой не создаются. В результате неспецифичные белки вынуждены связываться с доступными РНК, демонстрируя сходное сродство ко многим различным РНК.
«По сути, каждый белок имеет предпочтения в связывании. Однако неспецифичные белки могут связываться только с теми последовательностями, которые им доступны, тогда как специфичные белки способны связываться со своими последовательностями "первого выбора"», — добавил Янковски.