Метилирование мРНК у нематод влияет на сплайсинг

Зрелая мРНК эукариот образуется из продукта транскрипции — пре-мРНК — в результате процессинга, или посттранскрипционных модификаций. Процессинг включает кэпирование, полиаденилирование, сплайсинг, редактирование, а также метилирование — в первую очередь присоединение метильной группы к аденозину с образованием N6-метиладенозина (m6A). С помощью метилирования РНК регулируются многие гены. Группа ученых из Швейцарии и Норвегии выявила, что изменение диеты нематоды Caenorhabditis elegans, в свою очередь, влияет на механизм метилирования РНК.

У млекопитающих метилирование аденозина контролируется гетеродимерным РНК-метилтрансферазным комплексом (METTL3/METTL14). Данный фермент метилирует тысячи сайтов, с предпочтением 3́ конца РНК; это играет важную роль в эмбриональном развитии и отвечает за фертильность млекопитающих и определение пола мух. Известен также высококонсервативный фермент METTL16, который метилирует консенсусную последовательность из 9 нуклеотидов. Потеря Mettl16 у мышей приводит к гибели эмбрионов еще до имплантации.

Чтобы изучить влияние метилирования на сплайсинг РНК, исследователи выбрали нематод. Ортолог METTL16 у C. elegans — METT-10. Оказалось, что при выращивании нематод на среде с высоким содержанием питательных веществ мишенью METT-10 становится пре-мРНК S-аденозилметионинсинтетазы. Этот фермент отвечает за синтез S-аденозилметионина (SAM), донора метильной группы, то есть вещества, необходимого для метилирования. METT-10 метилирует аденозин в сайте сплайсинга на 3’-конце пре-мРНК, в результате ингибируется сплайсинг и производство белка.

Таким образом, ученые описали саморегулирующийся механизм: синтез ключевого фактора метилирования управляется метилированием. При наличии достаточного количества метильных групп, поступающих из внешней среды, у нематоды РНК-метилирование выключает сплайсинг SAM-синтетазы. При выращивании червей на бедной среде метилирования не происходит, сплайсинг идет нормально, экспрессия фермента увеличивает концентрацию SAM.

Эксперименты на человеческих клетках HeLa показали, что их механизмы сплайсинга также чувствительны к метилированию этого сайта. В то же время не было напрямую показано, что METTL16 млекопитающих метилирует 3’-сайты сплайсинга тех или иных пре-мРНК in vivo. (У позвоночных реализуется иной механизм: мРНК SAM-синтетазы содержит мотивы, которые распознает METTL16, их метилирование приводит к деградации мРНК. С другой стороны, у METTL16 есть некаталитический С-концевой домен, который отсутствует у ортологичного фермента нематоды, и он способствует сплайсингу мРНК SAM-синтетазы.) Однако авторы создали мышей с мутациями в каталитическом центре METTL16 и подтвердили, что именно такие мутации ведут к бесплодию у животных, а также нашли потенциальные мишени метилирования в сайтах сплайсинга мРНК других генов.