Dicer-подобные ферменты с предпочтениями в последовательности разрезания

Исследователи продолжают открывать новые функции малых РНК. Например, они могут использоваться как защитный механизм против вирусов или самовоспроизводящихся геномных захватчиков. Эти маленькие фрагменты РНК часто образуются при разрезании длинных предшественников так называемыми белками Dicer. К своему удивлению, исследователи из Бернского университета обнаружили, что некоторые Dicer приобрели уникальную и ранее неизвестную особенность, позволяющую им разрезать РНК-предшественники очень специфическим образом, что приводит к образованию малых РНК, работающих гораздо эффективнее.

В клетке, как и в обществе, всё зависит от информации. Гены считываются, создаются информационные молекулы (называемые матричными РНК, или мРНК), и белки синтезируются согласно инструкциям. И таких молекул-посредников огромное количество — клеточный аппарат представляет собой огромный информационный узел, тщательно регулируемый процесс. И как будто всех этих информационных обменов было недостаточно: в последние годы исследования, связанные с РНК, открывают всё больше доказательств того, что регуляция работает и на более высоком уровне. Управление информацией само по себе высокодинамично — информационные молекулы задерживаются, изменяются, а иногда даже сразу уничтожаются.

Мудро выбранные разрезы

Особенно у эукариот разрубленные информационные молекулы, называемые малыми РНК (sRNAs), играют критическую роль в развитии, экспрессии генов и стабильности генома. Их производят различные белки. Один из самых известных — Dicer — вырезает их из длинных двуцепочечных РНК-матриц. До сих пор считалось, что Dicer ведёт себя как дровосек, разрубая РНК — просто рубит её на короткие фрагменты примерно одинакового размера, не обращая особого внимания на форму и содержание фрагментов. Эти белки никогда не демонстрировали предпочтений в последовательности разрезания, но недавно исследовательская группа из Института клеточной биологии Бернского университета под руководством Мариуша Новацки обнаружила Dicer-подобные ферменты с поистине удивительными качествами. Это исследование может привести к новому пониманию регуляции клеточной коммуникации и открыть неизведанные возможности для будущего белкового инжиниринга.

Исследовательская группа, входящая в NCCR "РНК и болезнь", обнаружила, что у микроорганизма Paramecium, который использует малые РНК для наведения на устранение вторгающихся транспозонных элементов ДНК, некоторые Dicer-подобные белки разрезают РНК с гораздо большей тщательностью, чем ожидалось. Как сообщается в журнале Cell, Кристина Хёнер, Ирис Хуг и Мариуш Новацки сообщают, что их Dicer-подобные ферменты имеют строгие предпочтения по размеру и выраженные предпочтения по последовательности. Эти предпочтения приводят к образованию sRNAs, которые точно соответствуют концам их целевых элементов ДНК. Это заставило исследователей предположить ранее неизвестную биологическую роль для этих вновь охарактеризованных ферментов и их продуктов расщепления.

Малые РНК "чинят" ДНК

Учёные полагают, что эти Dicer-подобные белки облегчают устранение нежелательных элементов ДНК, накапливаясь точно на их концах. Эти скопления затем запускают удаление "подсвеченных" частей ДНК из генетического материала. Транспозоны — это чужеродные части генома, внедрившиеся в ДНК, способные перепрыгивать из одной части ДНК в другую. Это делает их особенно опасными, так как они могут вызывать всевозможные нежелательные генетические эффекты. Поэтому у организма есть все основания быстро и эффективно избавляться от этих сегментов ДНК.

Особенно интригующим для исследователей является уровень точности, с которым эти ферменты Dicer выполняют свою работу. В отличие от рестрикционных ферментов, которые режут только при распознавании очень специфических последовательностей, белки Dicer у Paramecium функционируют несколько небрежно — Новацки называет это "ослабленным предпочтением". Исследователи считают, что слишком строгое предпочтение здесь было бы неуместным: для эффективного ремонта ДНК важно, чтобы множество фрагментов sRNA могли собраться в нужном сегменте. Если бы Dicer был слишком привередлив, он не смог бы производить подходящие фрагменты для всей опасной чужеродной ДНК. "Нечёткость — не обязательно плохая вещь", — говорит Новацки. В ходе эволюции многие биологические процессы выровнялись между точностью и случайностью — одна из причин, почему клетки могут реагировать удивительно индивидуально подобранными решениями на всевозможные угрозы.