Учёные выявили элементы РНК, усиливающие расщепление pre-miRNA/shRNA ферментом DICER

Исследовательская группа под руководством учёных из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) раскрыла, как вторичные структурные элементы РНК контролируют активность расщепления ферментом DICER как предшественников микроРНК (pre-miRNA), так и коротких шпилечных РНК (shRNA). Это углубляет понимание механизма работы DICER и закладывает основу для разработки более точных и эффективных shRNA для технологии нокдауна генов.

МикроРНК (miRNA) регулируют множество биологических процессов и играют ключевую роль в различных клеточных функциях, контролируя уровень матричных РНК (mRNA). Нарушения в регуляции mRNA, вызванные аномалиями в последовательностях или экспрессии miRNA, связаны с различными заболеваниями человека, включая рак, нейродегенеративные и инфекционные болезни.

Точность последовательностей и экспрессии miRNA в основном определяется процессом биогенеза miRNA, ключевым этапом которого является расщепление предшественников miRNA (pre-miRNA) ферментом DICER. Таким образом, DICER контролирует экспрессию и последовательности miRNA. Кроме того, способность DICER к расщеплению используется в широко применяемой технологии нокдауна генов на основе коротких шпилечных РНК (shRNA). DICER расщепляет shRNA на малые интерферирующие РНК (siRNA), которые затем подавляют целевые mRNA.

В статье, опубликованной в Nature Communications, команда под руководством профессора Туан Ань Нгуена обнаружила конструктивную роль вторичного элемента РНК, называемого 22-бульдж (22-bulge), в активности расщепления DICER на shRNA и человеческих pre-miRNA.

Спроектировав инновационные искусственные субстратные модели — двухпетлевые shRNA — учёные провели высокопроизводительные анализы расщепления для более чем 20 000 shRNA с разными последовательностями, реконструировав нерасщеплённые последовательности из продуктов расщепления. Используя секвенирование нового поколения и вычислительный анализ, они одновременно отследили активность DICER для 20 000 различных shRNA и комплексно идентифицировали различные структуры в области соединения стебля и петли, которые контролируют особенности расщепления DICER: сайты расщепления, двойное или одиночное расщепление и его эффективность.

«Среди множества вторичных элементов РНК, обнаруженных в этом исследовании, мы идентифицировали однонуклеотидный элемент — 22-бульдж, — который демонстрирует наивысшую точность и эффективность расщепления DICER на shRNA и pre-miRNA», — сказал профессор Нгуен. — «Следовательно, 22-бульдж повышает эффективность нокдауна shRNA, позволяя разрабатывать более эффективные конструкции для технологии нокдауна генов. Кроме того, 22-бульдж также обнаружен во многих pre-miRNA и критически важен для правильного производства miRNA в человеческих клетках».

«Наша работа позволяет понять молекулярный механизм расщепления DICER и объяснить функции вторичных структурных элементов РНК в pre-miRNA/shRNA в контроле биогенеза miRNA и активности нокдауна shRNA», — пояснил один из соавторов. — «С точки зрения применения наши результаты предлагают альтернативный подход для улучшения текущего дизайна shRNA с целью повышения эффективности нокдауна и снижения побочных эффектов».