Транскрипты «темной материи» генома — потенциальные биомаркеры заболеваний

Геном человека включает около 2% хорошо аннотированных экзонов, кодирующих белки, однако большинство РНК транскрибируется за пределами белоккодирующих участков. Часть генома — неаннотированные геномные области (UGR) — остается неизученной, и ее принято называть «темной материей» генома. Недавние исследования предполагают, что многие РНК, кодируемые этими неаннотированными областями, могут играть важную роль в регуляции экспрессии генов. В частности, из некодирующих участков происходят многие малые РНК, ассоциированные с внеклеточными везикулами — при этом уже показано, что переносимые везикулами РНК могут служить внеклеточными мессенджерами и маркерами заболеваний. Ученые из США задались вопросом: может ли ассоциированная с везикулами «темная материя» (неаннотированные малые РНК) иметь значение в патогенезе и диагностике заболеваний?

Исследователи охарактеризовали РНК из ткани простаты и внеклеточных везикул, полученных из сыворотки крови. Они показали, что в простатической ткани присутствуют малые РНК и рибосомальные РНК (18S и 28S), тогда как везикулы были обогащены малыми РНК длиной менее 200 нуклеотидов. Затем ученые провели комплексный протеомный анализ везикул, а также исследовали внеклеточную РНК сыворотки. Распознавание биологически значимых транскрипционных сигналов не зависело от геномных аннотаций, и на основе полученных данных ученые провели количественную оценку и анализ дифференциальной экспрессии UGR в тканях рака простаты, а также внеклеточных везикулах, полученных из крови, мочи и культуральной жидкости.

Паттерны экспрессии неаннотированных геномных областей обнаружили в нескольких местах, в том числе межгенных и интронных регионах на разных хромосомах. При этом неаннотированные геномные области, характерные для циркулирующих везикул, были значимо ассоциированы с тканеспецифичными фенотипами. UGR экспрессировались как в нормальной, так и в опухолевой ткани простаты. Анализ дифференциальной экспрессии генов выявил существенные различия между клетками и внеклеточными везикулами. Отдельные различия наблюдались и между источниками везикул — некоторые малые РНК избирательно присутствовали в образцах, полученных из сыворотки, но не из мочи. Примечательно, что у пациентов с раком простаты до простатэктомии в везикулах сыворотки была снижена экспрессия UGR, однако эти подавленные паттерны экспрессии вновь появлялись после операции. Аналогичные результаты были получены на открытых данных секвенирования РНК в тканях колоректального рака.

В целом анализ главных компонент явно разделил профили экспрессии неаннотированных геномных областей на клеточные и везикулярные варианты, а также по нормальным и нокаутированным РНК в клетках.

UGR, характерные для внеклеточных везикул, содержали большую долю неаннотированных малых РНК и отражали 20–40% всего транскриптома.

Авторы работы также отобрали несколько UGR, специфичных для тканей простаты, и валидировали их дифференциальную экспрессию с помощью RT-qPCR. Они подтвердили результаты, полученные при секвенировании РНК.

Хотя это и предварительные данные, они указывают на то, что «темная материя» транскриптома, переносимая везикулами, может играть ключевую роль в регуляции экспресии генов и механизмов трансляции. Внеклеточные везикулы, содержащие транскрипты неаннотированных областей генома, могут использоваться как биомаркеры для малоинвазивной или неинвазивной диагностики.

Белки внеклеточных везикул можно использовать для диагностики рака яичников