Обнаружен новый класс биомолекул — гликозилированные РНК

Американские ученые впервые описали РНК, модифицированные остатками сахаров. Это малые некодирующие РНК, обогащенные остатками сиаловой кислоты и фукозы, они располагаются на поверхности мембран и связываются с рецепторами семества Siglec.

Изображение:

Гликозилированные молекулы поверхности клетки: гликопротеины, гликолипиды и только что открытые гликоРНК.

Credit:

Emily M. Eng/R. Flynn et al./Cell 2021

Гликозилирование — ферментативное присоединение остатков сахаров к биомолекулам — описано во всех доменах жизни, у бактерий, архей и эукариот. Хорошо изучено гликозилирование белков и липидов. Гликопротеины и гликолипиды — связующее звено для множества межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий, особенно происходящих на мембране клеток. Остаток сахара опосредует правильное сворачивание белков или направляет молекулы в тот или иной компартмент. Однако до недавнего времени считалось, что молекулы РНК в природе гликозилированием не затрагиваются, за исключением модификаций тРНК. В исследовании американской группы, опубликованном в журнале Cell 17 мая, показано, что миры РНК и N-гликанов все же пересекаются.

Идея исследования принадлежала первому автору статьи Райану Флинну (в настоящее время доцент Гарвардского института стволовых клеток) , который нашел в литературе сведения о гликозилирующем ферменте, способном присоединяться к РНК. «Это потрясающее открытие совершенно нового класса биомолекул, — говорит руководитель работы Кэролайн Бертоцци из Стэнфордского университета. — Это действительно бомба, так как открытие предполагает, что в клетке есть биомолекулярные пути, которые нам совершенно неизвестны».

Чтобы обнаружить молекулы гликоРНК, ученые добавляли к культуре клеток предшественники сиаловой кислоты с азидной группой — перацетилированный N-азидоацетилманнозамин (Ac4ManNAz). Попав в клетку, эти прекурсоры включались в клеточные гликаны и активировали биортогональную (не мешающую естественным процессам) реакцию с биотином, что и позволяло после процедур обогащения, идентификации и визуализации обнаружить меченые молекулы.

С помощью этого подхода исследователи нашли гликоРНК во фракции РНК культур клеток человека, китайского хомячка, рыбки данио, а также в печени и селезенке мышей после инъекций Ac4ManNAz. Изучив находку, они выяснили, что гликоРНК не содержат полиА на 3’-конце и их размер не превышает 200 нуклеотидов, то есть гликанами модифицируются малые некодирующие РНК. Гликозилированная фракция РНК была обогащена Y-РНК, малыми ядерными РНК, малыми ядрышковыми РНК и тРНК. Белки, связывающие высококонсервативные Y-РНК, являются мишенью аутоантител при системной красной волчанке.

Используя генетические, фармакологические, ферментативные методы и масс-спектрометрию, авторы установили, что РНК гликозилируется примерно по тому же биохимическому пути, что липиды и белки. ГликоРНК содержат как минимум один остаток сиаловой кислоты, они также обогащены фукозой.

Особенно интересен вопрос о клеточной локализации гликоРНК, поскольку разные РНК, идентифицированные как гликозилированные, обнаруживаются в разных компартментах. По результатам биоортогонального анализа и техники бесконтактного мечения лектинсвязанных гликанов, катализируемого пероксидазой, авторы сделали вывод, что большая часть гликоРНК ассоциирована с поверхностью клетки.

Гликозилированные молекулы, расположенные на плазматической мембране, обычно служат лигандами для рецепторов и участвуют в межклеточной коммуникации. Поскольку N-гликаны, ассоциированные с гликоРНК, содержат остатки сиаловой кислоты, авторы исследования предположили, что гликоРНК могут связываться с Siglec-рецепторами, Ig-подобными лектинами, связывающими сиаловую кислоту. Предположение оказалось верным: Siglec-11 и Siglec-14 связывают гликоРНК. Siglec-рецепторы участвуют в модуляции иммунитета, а именно во взаимодействии «хозяин-патоген», в уклонении опухолей от иммунного ответа и в генетически обусловленных аутоиммунных заболеваниях.

Открытие нового класса биомолекул ставит множество вопросов, которые ученым еще предстоит решить: о роли гликоРНК в клетках, о конкретном составе модифицирующих сахаров, о метаболических путях синтеза новых молекул и их доставки на поверхность клетки.

Источник

Flynn, R.A. et al. // Small RNAs are modified with N-glycans and displayed on the surface of living cells.// Cell, 2021. DOI: 10.1016/j.cell.2021.04.023

Добавить в избранное

Вам будет интересно