Создан первый рибозим, способный метилировать РНК

Ученые из Германии с помощью направленной селекции in vitro получили первый рибозим, катализирующий метилирование аденозина в РНК-мишени. Авторы считают, что инженерный рибозим имитирует молекулу, когда-то существовавшую в природе.

Схематическое изображение рибозима (зеленый), связанного с РНК-мишенью (голубая). Флажком отмечена метильная группа. Продукт реакции изображен в красном круге.

Credit: Claudia Hoebartner / University of Wuerzburg | Пресс-релиз 

Ученые из Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (Германия) с помощью селекции in vitro получили рибозим, катализирующий метилирование РНК.

Метилирование РНК играет важную роль в регуляции функций и формировании структуры рРНК, тРНК и малых ядерных РНК. Кроме того, метилирование мРНК может влиять на экспрессию генов. В основном, метилирование происходит после или одновременно с транскрипцией с помощью метилтрансфераз. Считается, что метилтрансферазы — древние ферменты, а метилированные нуклеотиды впервые возникли при помощи небиологических агентов на ранних стадиях истории Земли.

Рибозимы — каталитические РНК — считаются свидетельством в пользу гипотезы мира РНК, согласно которой на раннем этапе формирования жизни на Земле РНК выполняла как функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций. Однако рибозимы, переносящие метильную группу, до сих пор были неизвестны.

Авторы новой работы предположили, что такой рибозим будет работать по аналогии с O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансферазой — ферментом, катализирующим деметилирование ДНК. Этот фермент высвобождает немодифицированный гуанин, при этом сам подвергается необратимому метилированию. Ученые искали рибозим, в результате работы которого метилирование РНК будет происходить вместе с образованием неметилированного гуанина.

Чтобы найти такой рибозим, ученые провели селекцию in vitro. Они воспользовались стратегией, разработанной в их лаборатории ранее, и создали пул РНК, состоящих из 40 случайных нуклеотидов и сконструированных таким образом, чтобы катализировать навешивание метки на аденозин в РНК-мишени. Сначала авторы отобрали алкилирующие рибозимы, способные переносить биотин, который связывается с РНК-мишенью через бензильную группу. Спустя 11 раундов селекции они получили рибозимы, переносящие алкильную группу без участия биотина. В качестве кофактора (донора алкильной группы) использовались O6-(4-аминометилбензил)гуанин либо O6-бензилгуанин. Затем авторы изучили структуру отобранных рибозимов и синтезировали оптимизированный рибозим MTR1, позволяющий переносить метильную группу. Этот рибозим успешно катализировал метилирование аденозина в РНК-мишени, используя в качестве кофактора O6-метилгуанин.

Далее исследователи показали, что MTR1 способен метилировать специфические аденозины в тРНК, транскрибированной in vitro, и наконец, создали систему на основе Escherichia coli, позволяющую метилировать любую таргетную РНК в клетке.

Руководитель научной группы профессор Клаудия Хёбартнер считает, что полученная молекула РНК «имитирует рибозим, который, возможно, был утрачен в природе давным-давно».

Источник

Scheitl, C.P.M., et al. // Site-specific RNA methylation by a methyltransferase ribozyme. // Nature (2020); DOI: 10.1038/s41586-020-2854-z

Пресс-релиз
Добавить в избранное

Вам будет интересно