Ученые создали модель для анализа регуляции ceRNA и проверили ее на синтетических генетических цепях
Ученые из Университета Цинхуа (Пекин) исследовали перекрестную регуляцию конкурирующих эндогенных РНК (ceRNA). Для этого они создали вычислительную модель, количественно описали минимальную сеть ceRNA и экспериментально подтвердили ее предсказания с помощью многофлуоресцентных синтетических генетических цепей в культивируемых клетках человека (HEK293).
Ключевые выводы:
- Факторы влияния: Эффект ceRNA зависит от обилия miRNA и ceRNA, количества и сродства сайтов связывания, а также пути деградации мРНК, определяемого степенью комплементарности miRNA–мРНК.
- Роль уровня miRNA: Относительный уровень miRNA определяет режим (относительно уровня транскрипции ceRNA), в котором возникает эффект ceRNA. При высоком уровне miRNA для запуска эффекта ceRNA клеткам нужно больше молекул-мишеней.
- Сайты связывания: Более прочное связывание miRNA с мишенями и большее количество сайтов связывания (MRE) усиливают эффект ceRNA, но не меняют режим его возникновения.
- Невзаимная конкуренция: Обнаружен невзаимный
(односторонний) конкурентный эффект между мишенями с частичной и
совершенной комплементарностью. Это связано с разной скоростью потери
miRNA (α) в двух типах репрессии:
- miRNA-тип (частичная комплементарность): miRNA ингибирует трансляцию или вызывает дестабилизацию РНК. Скорость потери miRNA высокая.
- RNAi-тип (совершенная комплементарность, siRNA): miRNA расщепляет мишень и может рециклироваться. Скорость потери miRNA низкая.
- В экспериментах скорость потери для miRNA-типа репрессии оказалась примерно в 5 раз выше, чем для RNAi-типа.
- Следствие для siRNA: Эффективность интерференции siRNA может значительно снижаться из-за off-target мишеней с высоким уровнем экспрессии и сильными сайтами связывания. Введение дополнительного количества siRNA может компенсировать эффект высокоэкспрессированных off-target, но не off-target с сильными сайтами связывания.
Методология:
- Разработана упрощенная математическая модель минимальной системы miRNA-ceRNA (один вид miRNA и две конкурирующие РНК-мишени).
- Создана и внедрена в клетки HEK293 соответствующая синтетическая генетическая цепь из пяти транскрипционных единиц с использованием транзиентной трансфекции.
- Уровни miR-21, ceRNA1 и ceRNA2 отслеживались с помощью трех флуоресцентных белков (iRFP, mKate и EYFP соответственно). Четвертый белок (TagBFP) использовался для учета вариаций в эксперименте.
- Количественный анализ работы цепи проводился с помощью проточной цитометрии.
Значение работы:
- Для фундаментальной науки: Углубляет количественное понимание принципов регуляции конкурирующих РНК через miRNA.
- Для синтетической биологии: Демонстрирует, что синтетические генетические цепи — мощный инструмент для изучения сложных клеточных систем в контролируемых условиях. Это может помочь в создании более предсказуемых генетических модулей на основе miRNA или ceRNA.
- Для приложений: Полученные данные могут быть
использованы для:
- Улучшения инструментов предсказания сайтов связывания miRNA (например, алгоритма MIROR — miRNA Occupancy Rate) с учетом типа клеток.
- Разработки стратегий дизайна siRNA для снижения off-target эффектов в клетках млекопитающих.
