Впервые увидели DROSHA: команда получила первое изображение структуры неуловимого белка

Наши тела состоят из множества типов клеток, чья идентичность определяется различной экспрессией генов. Рак и генетические заболевания возникают при сбоях в этой экспрессии. МикроРНК (miRNAs) — важный регулятор экспрессии генов, играющий ключевую роль почти во всех биологических процессах: развитии, дифференцировке, воспалении, старении и раке.

В ядре miRNA начинают свой путь в виде маленькой шпилечной структуры — первичной микроРНК (pri-miRNA). Её распознаёт и обрабатывает комплекс Microprocessor — ферментный комплекс из одного белка DROSHA и двух белков DGCR8. Этот комплекс выполняет две функции: измеряет pri-miRNA, а затем отщепляет её базальные части, создавая предшественник микроРНК (pre-miRNA). После дальнейшей обработки зрелая miRNA в комплексе с RISC взаимодействует с матричной РНК (mRNA) в цитоплазме, подавляя трансляцию и останавливая производство белка рибосомой.

Хотя этот процесс изучается более десяти лет, молекулярные основы работы Microprocessor до сих пор плохо понятны, так как структуры белков недостаточно исследованы. Учёные из Центра исследований РНК Института фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее впервые получили трёхмерное изображение DROSHA — компонента комплекса Microprocessor. До этого никому не удавалось получить кристаллическую структуру DROSHA.

Это открытие позволило подтвердить предыдущие находки команды (Cell, Nguyen et al., 2015), раскрывшие состав и механизм действия Microprocessor. Работа показала, что у DROSHA есть два сайта связывания с DGCR8, что прояснило сборку комплекса. Изучив структуру, учёные определили, как DROSHA вместе с DGCR8 взаимодействуют, чтобы выбрать сайты разрезания в pri-miRNA.

Ранее было показано, что комплекс Microprocessor разрезает средний стеблевой участок pri-miRNA на расстоянии 11 пар оснований от базального соединения. Новое исследование помогло установить, что форма DROSHA обладает уникальными физическими характеристиками, включая «выступ», который может идеально размещать pri-miRNA. Этот выступ, вероятно, служит измерительным ориентиром и указывает расстояние в 11 пар оснований для разрезания DROSHA.

Учёные заметили, что DROSHA имеет поразительное структурное сходство с ферментом Dicer, хотя Dicer функционирует отдельно от DROSHA. Была выдвинута гипотеза, что DROSHA мог эволюционировать из гомолога Dicer.

Ранее попытки очистить сверхэкспрессированный белок DROSHA для изучения были невозможны из-за технических трудностей. Без особой осторожности DROSHA легко агрегирует в процессе очистки, что делает кристаллизацию неудачной. Чтобы сохранить структурную целостность, команда коэкспрессировала 23 аминокислоты из DGCR8. Этот фрагмент связывается и покрывает гидрофобную поверхность DROSHA, сохраняя её стабильность. По словам исследователя IBS Джэ-Сун Ву: «Без этого гидрофобного взаимодействия белки DROSHA будут неправильно сворачиваться и агрегировать», становясь бесполезными.

Благодаря сохранению белков команда смогла провести рентгеноструктурный анализ и получить первое чёткое изображение их структуры.

Понимание структуры DROSHA — ещё один ключевой шаг в изучении биогенеза микроРНК. Эта работа — основа для разработки новых способов регуляции экспрессии генов, что имеет ряд применений, включая создание новых противогрибковых средств и подавление роста опухолей. Более точный контроль над RNAi может стать передовым методом борьбы с неизлечимыми бактериальными инфекциями на фоне роста устойчивости к антибиотикам.

«В будущем, — говорит исследователь Сун Чул Квон, — мы планируем определить структуру комплекса Microprocessor, связанного с pri-miRNA».