Tisíce genu ovlivnovaných modifikací RNA

Nový objev výzkumníku z Weill Cornell Medical College vysel v 17.5. Vydání casopisu Bunka opet prepisuje vedecké ucebnice. Pouze pred deseti lety se epigenetické vedci museli vzdát dlouhodobé víry, ze DNA sestává z pouhých ctyr základen, kdyz zjistili, ze chemicky modifikované báze jsou ve skutecnosti hojnými slozkami lidského genomu.
Nový objev, který se týká RNA, je podobný DNA, který prenásí genetickou informaci a zpusob její exprese, ale vedci nyní identifikovali novou základovou modifikaci v RNA, která zmení nase chápání genové exprese.
Dlouho se predpokládalo, ze messengerová RNA (mRNA) jsou jednoduché moduly pro produkci proteinu, které byly casto chemicky zmeneny pridáním methylové skupiny na adeninovou bázi. Vedci zjistili, ze na rozdíl od jejich presvedcení, ze mRNA obsahuje pouze ctyri nukleobázy; to skutecne obsahuje pátou bázi, jmenovite N6-methyladenosin (m6A), který proniká transcriptomem. Objevili, ze az 20% lidské mRNA je rutinne methylováno, coz znamená, ze s více nez 5 000 ruznými molekulami mRNA obsahujícími m6A je tato modifikace pravdepodobne siroce rozsírená na expresi genu.
Senior výzkumný pracovník Dr. Samie R. Jaffrey, profesor farmakologie na Weill Cornell Medical College prohlasuje:

"Toto zjistení prepisuje základní pojmy kompozice mRNA, protoze po dobu 50 let nikdo nepovazoval mRNA za obsahovou vnitrní modifikaci, která rídí funkci. Víme, ze DNA a proteiny jsou rutinne modifikovány chemickými prepínaci, které mají hluboké úcinky na jejich funkci jak v oblasti zdraví a biologové verí, ze mRNA je proste meziprodukt mezi DNA a proteinem. "Nyní víme, ze mRNA je mnohem slozitejsí a defekty v methylaci RNA mohou vést k onemocnení."

Cást jejich studie dokázala, ze gen FTO pro obezitu, známý jako tuková hmota a protein spojený s obezitou, kóduje enzym, který je schopen zvrátit tuto modifikaci konverzí zbytku m6A v mRNA zpet na normální adenosin. Vedci odhalili vazbu, ze obezita je spojena s nadmerne pusobícími enzymy FTO u lidí s mutacemi FTO. Nadmerne aktivní FTO vede k nízké hladine m6A, coz zpusobuje abnormality v príjmu potravy a metabolismu, které nakonec zpusobují obezitu. Navíc tým také objevil vazby mezi m6A a jinými nemocemi.
Dr. Kate Meyer, postdoctorální výzkumná pracovnice v laboratori Dr. Jaffrey, která vedla studii, ríká:

"Zjistili jsme, ze m6A je prítomen v mnoha mRNA kódovaných geny spojenými s lidskými onemocneními, vcetne rakoviny a nekolika poruch mozku, jako je autismus, Alzheimerova nemoc a schizofrenie. Methylace v RNA je reverzibilní modifikace, která se jeví jako centrální krok v siroké skále biologických cest a fyziologických procesu. "

Podle Dr. Jaffreyho byl m6A poprvé detekován v mRNA v roce 1975, ale vedci tehdy nebyli presvedceni, zda je toto zjistení zpusobeno kontaminací jinými molekulami RNA. Více nez 90% RNA jsou bunecné "pracovní kone", které jsou casto modifikovány a sestávají z prenosové RNA (tRNA) nebo ribozomální RNA (rRNA). Dr. Jaffrey predpokládal, ze mRNA muze být modifikována na základe skutecnosti, ze DNA, proteiny a jiné formy RNA jsou modifikovány. Spolu se svým týmem vyvinul techniku, která pomáhá odhalit metylaci v mRNA získanou z mysích i lidských vzorku.
Aby se izolovaly mRNA, které obsahují m6A, tým pouzil dve ruzné protilátky, které jsou schopné identifikovat a vázat se na mRNA m6A. Byli schopni identifikovat sekvenci kazdé jednotlivé mRNA, kterou izolovali, tím, ze je podrobili sekvencní analýze prístí generace, a Dr. Christopher Mason a Dr. Olivier Elemento následne vyvinuli výpocetní algoritmus odhalující identitu kazdé z techto methylovaných mRNA.
Ackoli tým nemá znalosti o dynamice tisícu m6A u cloveka, pokud jde o to, jak rídí funkci mRNA, zjistili, ze umístení m6A je blízko "stop kodonu" v sekvencích mRNA, coz jsou oblasti, které signalizují konec translace mRNA, coz naznacuje, ze m6A muze hrát roli pri ribosomální funkci.
Spoluautor studie, Dr. Christopher Mason, odborný asistent na Weillské univerzite pro fyziologii a biofyziky a výpocetní genomiku ve výpocetní biomedicíne ríká:

"Ale jeste nevíme, mohlo by to dovolit, aby se jiné proteiny vázaly na mRNA nebo aby tyto mRNA podléhaly zcela nové regulacní ceste." Nase bioinformatické analýzy poskytují nekolik náznaku mozného dopadu methylace na funkci RNA.

Vedci jiz zjistili, ze místa m6A se casto vyskytují v oblastech mRNA, které jsou vysoce konzervované u nekolika druhu obratlovcu.
Dr. Mason vysvetluje:

"To ukazuje, ze místa m6A nejsou pro cloveka dulezitá, ale spíse jsou udrzována ve výberu behem stovek milionu let vývoje, a proto jsou pravdepodobne rozhodující pro vsechny zvírata. Toto je první demonstrace epitransskriptomické modifikace - zmeny funkce RNA, které nejsou zpusobeny zmenami v základní sekvenci. "

Dr. Jaffrey dodává:

"Tato zjistení jsou velmi, velmi vzrusující a úzasní, skutecne, kdyz si uvedomíte, ze mRNA byla tak dlouho a ze nikdo si po celou tuto dobu neuvedomil, ze jsou takto regulováni. Bylo to prímo pod nosem . "

Vedci v soucasné dobe zkoumají dynamiku m6As kontrolního mechanismu mRNA v bunkách a rovnez soustredí své úsilí na identifikaci enzymu a cest, které regulují methylaci mRNA.Jiz poskytli dukaz, ze FTO má schopnost zvrátit methylaci adenosinu, coz naznacuje, ze ovlivnuje velké procento bunecné mRNA.
Dr. Meyer komentuje:

"Odhaduje se, ze mutace FTO se vyskytují u jedné miliardy lidí na celém svete a jsou hlavní prícinou obezity a diabetu typu 2. Nase studie spojují hladiny m6A v mRNA s temito hlavními zdravotními problémy a poprvé identifikují mRNA, které jsou potenciálne zamereny FTO . "

V soucasné dobe se výzkumníci zamerují na získání lepsího pohledu na príciny obezity a metabolických poruch studiem vlivu vadné regulace m6A u pacientu s mutacemi FTO. V soucasné dobe také vyvíjejí testy, které umoznují vedcum rychle detekovat slouceniny, které blokují nadmernou aktivitu FTO u lidí, coz by mohlo vést k nové lécbe obézních jedincu a pacientu s diabetem.
Napsal Petra Rattue