Комплексный анализ микроРНК

Учёные из МФТИ и Медико-генетического научного центра описали сложные взаимодействия между матричной РНК (мРНК), микроРНК и другими видами РНК человека. Исследование опубликовано в Frontiers in Genetics.

Роль микроРНК и белков Argonaute

МикроРНК — это короткие молекулы (18–25 нуклеотидов), которых у человека известно около 2500. Они связываются с белками семейства Argonaute (AGO), образуя комплекс. Этот комплекс связывается с определёнными участками мРНК, что приводит либо к блокировке синтеза белка, либо к разрушению мРНК. Таким образом микроРНК "заглушают" гены, регулируя их экспрессию. Сбои в этой системе могут вызывать рак и другие патологии.

Остаётся не до конца ясным, какие именно из ~20 000 мРНК и 2 500 микроРНК взаимодействуют друг с другом. Ранее было показано, что компьютерные программы, предсказывающие эти взаимодействия, работают плохо.

Методы исследования

Учёные объединили экспериментальные данные о количестве мРНК и микроРНК в клетке с данными об их взаимодействиях для двух типов человеческих клеток (почечной и печёночной линий раковых клеток). Были использованы усовершенствованные методы на основе CLIP (сшивка с иммунопреципитацией), такие как CLASH и CLEAR-CLIP. Эти методы позволяют идентифицировать сайты связывания мРНК с микроРНК, но не определяют, какая именно микроРНК участвует во взаимодействии. Команда проанализировала данные 79 экспериментов CLIP.

Результаты исследования

  1. Данные подтвердили свою сопоставимость: Результаты экспериментов для двух разных клеточных линий оказались схожими.
  2. Большинство комплексов образуется небольшим числом РНК: Только 1–2% генов, кодирующих белки, формируют более 10 различных взаимодействий.
  3. Обнаружены мРНК-"губки": Некоторые мРНК связываются с очень большим числом микроРНК (более 50) на разных участках.
  4. Выявлена неожиданная группа микроРНК: Обнаружены микроРНК, которые слабо экспрессируются (их мало в клетке), но при этом имеют множество взаимодействий. Это противоречит ожиданию, что чем выше уровень экспрессии микроРНК, тем больше у неё мишеней.
  5. Создано программное обеспечение: На основе установленного списка надёжных регионов связывания микроРНК учёные создали онлайн-программу. Она определяет, совпадает ли заданная позиция в геноме человека с сайтом связывания микроРНК. Это помогает выявить нарушения в регуляции генов, которые могут лежать в основе наследственных заболеваний, и может использоваться для анализа геномов пациентов.

Как отметила одна из авторов работы, аспирант МФТИ Ольга Плотникова, исследование показало, что микроРНК регулирует не все гены, и её регуляторный потенциал не зависит напрямую от уровня её экспрессии. Также были выявлены различия во взаимодействиях микроРНК в двух изученных клеточных линиях.