Ученые составили полный атлас микроРНК – важных регуляторных молекул

МикроРНК играет важную роль в регуляции генов и дифференциации клеток, и они уже почти все известны науке. Однако про то, какие участки генома участвуют в регуляции самих микроРНК, было известно мало. Исследователи нашли эти участки при помощи специального алгоритма, определили активность всех микроРНК в разных тканях, а результаты выложили в открытый доступ. Научная работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.

«МикроРНК представляют собой один из важнейших механизмов регуляции экспрессии генов. Создание полного атласа микроРНК в различных клетках приближает нас еще на один шаг к созданию полной картины регуляции генов», – комментирует Юлия Медведева, один из соавторов работы, старший научный сотрудник Центра биотехнологий РАН, преподаватель кафедры биоинформатики МФТИ.

МикроРНК – это маленькая молекула РНК длиной около 20 нуклеотидов, которая участвует в регуляции работы генов. В разных тканях необходима активность разного набора генов, а ненужные гены «глушат» молекулы микроРНК. Они являются как бы маленькими полицейскими: узнают ген, который не должен работать в этой ткани, и блокируют его. При многих болезнях наблюдаются отклонения в работе микроРНК, поэтому сейчас разрабатывается терапия антимикроРНК, например от рака. Кроме того, молекулы микроРНК можно использовать в качестве лекарства, так как с помощью них можно подавить синтез плохих белков. Но про то, как регулируется сама микроРНК, известно очень мало.

Звенья РНК – нуклеотиды аденин (A), цитозин (C), гуанин (G), урацил (U) – могут образовывать связи C-G, A-U и G-U. Например, последовательности CCUA и GGGU смогут связываться и будут называться комплементарными, а CCUA и UCCG не будут комплементарными. МикроРНК связывается с почти комплементарным ей участком РНК и таким образом не дает синтезировать белок с этого участка.

Еще лет 30 назад про микроРНК никто не знал. Только в 1993 году была описана первая представительница этих некодирующих РНК, то есть молекул РНК, на основе которых не производятся белки. РНК – это одноцепочечная молекула, состоящая из звеньев-нуклеотидов. Она получается из ДНК – двухцепочечной молекулы, в которой зашифрована последовательность РНК. На основе ДНК получаются все РНК: и кодирующие (матричные или информационные РНК), и некодирующие – перевод из ДНК в РНК называется «транскрипцией». Информационная РНК служит «рецептом», по которому производятся белки, а некодирующие РНК участвуют в «приготовлении» белка. Все РНК, чтобы выполнять свои функции, должны пройти несколько стадий созревания. Так, специальные белки вырезают из молекулы РНК длиной около 80 нуклеотидов маленький кусочек, и получается микроРНК. Говорят, что микроРНК вырезается из предшественника микроРНК, или пре-микроРНК.

Транскрипция начинается с того, что специальные белки (транскрипционные факторы) садятся на стартовую площадку – участок ДНК рядом с геном, которая называется «промотором». У предшественников микроРНК тоже есть промоторы, однако до сих пор многие из них не были определены достаточно точно. По этой причине было сложно изучать регуляцию микроРНК, хотя большинство микроРНК и их предшественники уже известны. МикроРНК тканеспецифичны: в одних тканях экспрессируются (переводятся из ДНК в РНК) предшественники одних микроРНК, а в других тканях – другие. Благодаря этому клетки в разных тканях обладают разными свойствами (потому что разные наборы генов блокируются).

Ученые составили полный атлас микроРНК с промоторами их предшественников в разных тканях. Работа проводилась в рамках большого исследовательского проекта FANTOM5 (Functional annotation of the mammalian genome – функциональная характеристика генома млекопитающих), который собирает и анализирует данные о функциональных элементах в геноме мыши и человека. Ранее они разработали технологию (CAGE, Cap Analysis of Gene Expression), при помощи которой можно находить промоторы в геноме. Они сопоставили данные о промоторах с данными о коротких РНК и для каждой микроРНК определили предшественника и его промотор. Многие микроРНК были описаны ранее, а некоторые новые микроРНК нашли с помощью специального алгоритма. Кроме этих данных, атлас содержит карту экспрессии предшественников всех микроРНК в более чем ста видах тканей человека. По этой карте можно посмотреть, в каких тканях какие микроРНК играют свою регулирующую роль.

Всеволод Макеев, один из соавторов работы и профессор кафедры биоинформатики МФТИ, поясняет: «Когда вы знаете, где находится промотор, вы можете, во-первых, пытаться понять, в какие регуляторные каскады эта микроРНК включена. А во-вторых, если у человека есть мутации на том участке, где находится промотор, у него могут быть какие-то нарушения регуляции и вы будете об этом знать, а в будущем даже, возможно, исправлять эти нарушения».