Фермент биосинтеза гема ALAS1 имеет еще одну функцию — препятствует накоплению микроРНК
МикроРНК подавляют экспрессию генов за счет комплементарного связывания с мРНК-мишенями. Исследователи из США обнаружили, что белок ALAS1, основная функция которого заключается в биосинтезе гема, также контролирует общее число микроРНК в клетке и регулирует сборку белкового комплекса RISC. Авторы считают, что в перспективе этот эффект можно использовать для усиления действия терапии на основе РНК-интерференции.

МикроРНК (миРНК) способны связываться с комплементарными им мРНК и за счет этого снижать уровень экспрессии генов-мишеней. У млекопитающих в процессе созревания миРНК участвует рибонуклеаза Drosha, в качестве кофактора которой выступает белок DGCR8, известный своей ролью в биосинтезе гема. Несмотря на такую интересную взаимосвязь, влияние мутаций в ответственных за биосинтез гема генах на миРНК не изучалось. Разбираясь в этом вопросе, ученые из США обнаружили, что важнейший фермент биосинтеза гема ALAS1 имеет еще одну ранее неизвестную роль. Он препятствует накоплению миРНК и регулирует процесс их взаимодействия с мишенями.
В начале исследования авторы внесли мутации в два основных гена биосинтеза гема — ALAS1 и CPOX — в клетках HEK293T как по отдельности, так и одновременно. В клетках с нокаутом ALAS1 и с нокаутом обоих генов наблюдалось повышение общего числа транскриптов миРНК, в то время как в дефицитных только по CPOX клетках отличий не было, что говорит об избирательном эффекте ALAS1.
Проанализировав клеточные лизаты, авторы также установили, что в нокаутных по ALAS1 или ALAS1 и CPOX одновременно клетках усилена сборка белкового комплекса RISC (RNA-induced silencing complex), в составе которого миРНК регулируют экспрессию своих мишеней, однако в CPOX-нокаутных клетках этого не наблюдалось. Также нокаут ALAS1 увеличивал уровень РНК-связывающего белка и ключевого элемента RISC-комплекса Argonaute 2 (Ago2).
С помощью метода сшивания и иммунопреципитации (CLIP), который используется для выявления сайтов связывания РНК и белков, ученые показали, что в клетках с нокаутом ALAS1 выявляется гораздо больше взаимодействий между Ago2 и различными миРНК. Это свидетельствует о том, что потеря ALAS1 способствует глобальному усилению подавления миРНК своих мишеней. Следовательно, ALAS1 не только является репрессором накопления миРНК, но и имеет цитоплазматическую роль, регулируя сборку и активность белковых комплексов Argonaute, хотя ранее он считался неактивным вне митохондрий.
Чтобы подтвердить полученные результаты in vitro, ученые нокаутировали ALAS в печени мышей. Ожидаемо, такие гепатоциты демонстрировали повышенное накопление миРНК и усиление их регуляции.
Важно, что результаты исследования полезны с клинической точки зрения. Современные методы лечения острых печеночных порфирий — группы генетических заболеваний, обусловленных дефицитом специфических ферментов биосинтеза гема, направлены на подавление экспрессии печеночного ALAS1, и препарат на основе ингибирующей его малой интерферирующей РНК (siRNA) гивосиран уже одобрен FDA. Принимая во внимание результаты исследования, можно предположить, что истощение ALAS1 способно усилить подавление генов за счет активности миРНК. Действительно, введение siRNA, нацеленной на Hcp1 (белок-переносчик гема 1) подавило около 38% его мРНК у контрольных животных, в то время как у ALAS-мутантных гепатоцитах эффект усиливался до 65%.
Таким образом, истощение активности ALAS в гепатоцитах мыши усиливает нокдаун, опосредованный siRNA. Авторы пишут о необходимости более тщательного подбора доз препаратов, основанных на РНК-интерференции, и о возможности использования подавления ALAS1 в качестве общего адъюванта для усиления эффекта РНК-интерференции в случае плохо поддающихся ингибированию мишеней.
Нобелевская неделя 2024. Гэри Равкан: «Обширный и древний тайный мир микроРНК эукариот»
Источник:
Seungjae Lee, et al. Noncanonical role of ALAS1 as a heme-independent inhibitor of small RNA–mediated silencing // Science 386, 1427-1434 (2024). DOI: 10.1126/science.adp9388