Новый инструмент для расшифровки эпигенетического кода

Ученые уже более десяти лет знают, что крошечные цепочки генетического материала, называемые малыми РНК, критически важны для нашего генетического устройства. Однако выяснить их конкретные функции было сложно. Теперь ученый из Мичиганского технологического университета и его команда разработали способ «отключать» малые РНК и выяснять, насколько они важны.

Наследственность определяется не только ДНК. На то, кем мы являемся, также влияет эпигенетический мир РНК — бесчисленные молекулы, которые производит ДНК. РНК, в свою очередь, превращает «суп» из аминокислот в наших клетках в белки, из которых состоим мы и все другие растения и животные на планете.

Однако РНК бывает разной. Помимо длинных цепочек, создающих белки, существуют короткие, вмешивающиеся фрагменты — малые РНК. Иногда они могут присоединяться к длинным молекулам РНК и разрывать их пополам. Это, очевидно, имеет последствия для организма, но конкретная роль тысяч различных малых РНК оставалась загадкой.

Гуйлян Тан, адъюнкт-профессор биологических наук, разработал способ вывести из строя отдельную малую РНК и наблюдать, что происходит, когда она не может выполнять свою работу.

Для этого Тан и его команда вмешались в хорошо изученный процесс, контролирующий симметрию листьев и вертикальный рост растений.

1. Сначала они синтезировали последовательность ДНК, которая должна была производить специально разработанный тип малой РНК, называемый малым тандемным мимиком мишени (STTM).
2. Затем они ввели свою синтетическую ДНК в растение Arabidopsis, часто используемое в генетических исследованиях.
3. Попав в Arabidopsis, синтетическая ДНК начала производить множество копий STTM.
4. Затем все маленькие STTM начали блокировать цепочки определенного типа РНК именно в том месте, где собственная малая РНК растения обычно разрезала бы их пополам. Это заблокировало её действие, и длинные цепочки РНК остались нетронутыми.

Более того, процедура заставила клетку уничтожить все свои собственные малые РНК, которые в норме разрезали бы эту РНК. Вместе эти два механизма позволили длинной РНК беспрепятственно производить свой белок.

Результаты были впечатляющими. Контрольные растения Arabidopsis росли вверх на центральном стебле с правильной формой листьев и стеблей. Мутантные растения были меньше, спутаны и аморфны.

Их метод не ограничивается одной малой РНК, участвующей в симметрии листьев у Arabidopsis.

«Вы можете использовать это для изучения функции любой малой РНК в клетке», — говорит Тан.

В онлайн-комментарии старший редактор журнала Plant Cell Нэнси Эккардт назвала их метод «высокоэффективным и универсальным инструментом» для изучения функций малых РНК.

Теперь Тан надеется выяснить, как и почему эта процедура заставляет клетки уничтожать малую РНК. Его жена и коллега-исследователь Сяоцин Тан, доцент биологических наук, планирует использовать эту технологию для лучшего понимания диабета 2-го типа.

Их работа финансируется Национальным научным фондом (NSF) и описана в статье «Эффективное разрушение малых РНК с помощью экспрессии короткого тандемного мимика мишени в Arabidopsis», опубликованной 16 февраля в онлайн-журнале Plant Cell. Ведущими авторами статьи являются студенты, работавшие с Таном: Цзюнь Янь (ныне постдок в Университете Пердью) и Ию Гу (ныне студент Нанкинского сельскохозяйственного университета в Китае). Среди других соавторов — Сяоюнь Цзя, Вэньцзюнь Кан и Шанцзинь Пань из Университета Кентукки и Сюэмэй Чэнь из Калифорнийского университета в Риверсайде.