Российские ученые описали характер взаимодействия микроРНК и матричных РНК в геноме человека

Исследователи из МФТИ и Медико-генетического научного центра имени Н.П. Бочкова сделали большой шаг в понимании работы микроРНК — малых некодирующих РНК, которые служат регуляторами активности генов. В статье, опубликованной в журнале Frontiers in Genetics, они представили анализ характера взаимодействия микроРНК с матричными РНК человека — совокупность этих взаимодействий авторы определяют термином «интерактом».

Матричные РНК — это мишень для микроРНК; результатом их взаимодействия может стать деградация мРНК или подавление трансляции — синтеза молекулы белка. Показано, что микроРНК вовлечены в регуляцию множества клеточных процессов, таких как апоптоз, пролиферация, дифференцировка, а нарушение их работы может привести к злокачественной трансформации клетки.

Авторы статьи собрали и проанализировали все доступные на сегодня данные о микроРНК-мРНК взаимодействиях, экспериментально полученные на разных клеточных линиях человека различными молекулярными методами. Сопоставив их с данными уровней экспрессии мРНК и микроРНК, они получили целостную картину микроРНК-мРНК взаимодействий, то есть интерактом.

Характер микроРНК-мРНК интерактома очень сложен. Каждая мРНК различается по своей способности связываться с микроРНК, одни делают это более эффективно, чем другие. Так оказалось, что только 1–2%мРНК человека активно регулируются с помощью микроРНК. При этом более половины мРНК вообще не связываются ни с какой микроРНК. Среди активно взаимодействующих мРНК были найдены свои лидеры, которые обладают так называемым «эффектом губки» (sponge-like) — они способны связывать сразу несколько десятков микроРНК, инактивируя их.

Уровень экспрессии микроРНК не всегда связан с ее активностью по отношению к мРНК. Некоторые микроРНК экспрессируются на относительно низком уровне, но связываются с большим числом мРНК. С другой стороны, есть микроРНК, экспрессирующиеся на очень высоком уровне, но взаимодействующие лишь с немногими мРНК. Также отмечен различный характер микроРНК-мРНК взаимодействий в разных клеточных линиях: HEK293 и Huh7.5. Несмотря на большое число микроРНК-мРНК связываний в каждой из линий, совсем небольшая их доля (1,153), была найдена в обеих линиях. Это указывает на тканеспецифичный характер регуляции с помощью микроРНК.

Конечным результатом данной работы стало создание базы данных достоверных сайтов связывания микроРНК с мРНК человека. Таких экспериментально подтвержденных регионов связывания выявлено 46 805. На основе этих данных разработана программа, позволяющая проводить онлайн анализ вариантов нуклеотидной последовательности, которые находят при секвенировании ДНК больных с генетическими заболеваниями. Если мутация происходит в сайте связывания с микроРНК, такое событие должно приводить к изменению взаимодействия микроРНК с мРНК, что может стать причиной заболевания. Эта программа под названием «EXP-MIBR ANNOTATOR» находится в свободном доступе.

Руководитель исследования к.б.н. Михаил Скоблов, заведующий лабораторией функциональной геномики Медико-генетического научного центра, ответил на вопросы корреспондента PCR.news.

Поскольку вы нашли, что только 1–2% мРНК активно регулируется микроРНК, не меняет ли ваше открытие представление о микроРНК как основном регуляторе активности генов?

Экспрессия генов регулируется огромным количеством разных процессов, этим и отличаются эукариоты. Когда были найдены микроРНК и обнаружили, что их очень много, их стали активно исследовать, и в то время случился просто бум работ по РНК-интерференции. Казалось, что они регулируют работу всех молекулярных процессов. Но эти данные были получены на небольшом количестве отдельных экспериментов, дальнейшие выводы делались при помощи биоинформатического анализа. А когда мы проанализировали большое количество экспериментально полученных микроРНК-мРНК взаимодействий, оказалось, что это не совсем так. Хотя тех и других в клетке много, но их взаимодействие устроено сложно — активно регулируется таким путем лишь небольшое количество мРНК. Это разница между теорией и практикой. Мы сами не ожидали таких результатов.

Получается, что роль микроРНК оказалась преувеличена?

Ну, предварительно, можно так сказать. Есть некоторое количество ожиданий, которые не сбылись. Мы показали, что этот процесс устроен гораздо более сложно. Считалось, что микроРНК может связываться с мРНК только на 3’-конце. Мы же показали, что эти взаимодействия происходят в любой части мРНК. Также считалось, что в клетке все взаимодействуют друг с другом, оказывается — нет, не все. Но чтобы исследовать это более точно, нужно, конечно, больше экспериментальных данных. Две клеточных линии, на которых мы работали, это не 400 типов клеток, которые есть у человека.

Есть ли сейчас гипотезы, связывающие с микроРНК развитие каких-то конкретных заболеваний?

Мы затеяли этот проект как раз для поиска таких событий. Есть несколько работ, где показано, что если возникает мутация, при которой микроРНК перестает связываться с мРНК, то это приводит к онкологическим заболеваниям. Мы создали инструмент и сейчас его применяем к анализу данных, полученных от пациентов, чтобы найти, где отсутствие взаимодействия приводит к наследственным заболеваниям. Сейчас мы ведем экспериментальную работу для проверки первых находок.

Михаил Скоблов: «Они все очень умны, талантливы, я бы сказал — прекрасны»