Догма под сомнением
Ученые выяснили, что альтернативный сплайсинг не приводит к белковому разнообразию
Пиар-команда ИБХ РАН, «Открытая наука»
Сотрудники Институт биоорганической химии РАН и ФНКЦ Физико-химической медицины ФМБА России обнаружили, что альтернативный сплайсинг матричных РНК вносит существенно меньший вклад в разнообразие белков внутри клетки. Опубликованные в журнале Scientific Reports результаты меняют наши представления о главной догме молекулярной биологии «ДНК-РНК-белок».
«Начиная исследование, мы хотели посмотреть, какую функцию могут выполнять альтернативные формы белка (изоформы), которые образуются в результате альтернативного сплайсинга. Однако в ходе исследования белков клетки самых изоформ мы почти не нашли. По всей видимости, давно известный процесс альтернативного сплайсинга не настолько важен для производства новых белков, как пишут в учебниках, а нужен для чего-то еще, для чего – нам только предстоит узнать», – рассказывает Игорь Фесенко, кандидат биологических наук, сотрудник Лаборатории протеомики Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН.
Клетки всех организмов, кроме бактерий и архей, обладают ядром. Ядерные (эукариотические) молекулы РНК могут подвергаться альтернативному сплайсингу – образованию нескольких матричных РНК из одной, способных транслироваться в разные белки – изоформы. Таким образом, прежде предполагали, что один ген (участок ДНК) дает, благодаря сплайсингу, несколько РНК, которые образуют множество белков.
«Когда ученые обнаружили, что эукариотические гены могут подвергаться альтернативному сплайсингу, то предположили, что за счет этого процесса ген может кодировать огромное количество разнообразных белков. Отчасти это верно: в любом организме есть гены, которые кодируют множество разных белковых изоформ. Но в нашем исследовании мы показали, что в целом это не так. Ранее, изучая роль альтернативного сплайсинга в разнообразных процессах, биологи не учитывали этот момент в своих работах», – говорит Игорь.
Игорь с коллегами начали свои исследования со стандартных методов анализа экспрессии генов (превращение ДНК в РНК и белок): из разных типов клеток модельного объекта (мох Physcomitrella patens) выделили РНК, определили первичную структуру (секвенировали) и предсказали на компьютере, какие изоформы белков могут считываются с таких РНК. Затем ученые воздействовали на клетки мха различными стрессовыми факторами, повторили все манипуляции и обнаружили, что альтернативный сплайсинг активно меняет матричные РНК после стресса. Для подтверждения гипотезы о наличии в клетке предсказанных белков и участии в изменении их состава альтернативного сплайсинга ученые выделили белки из клеток мха и выполнили анализ на масс-спектрометре – приборе, который «взвешивает» молекулы и может идентифицировать белки. Оказалось, что роль альтернативного сплайсинга в формировании белкового состава клетки несущественна.
«Рецензенты журнала, куда мы подавали статью, предположили, что полученные нами результаты связаны с некачественно выполненным масс-спектрометрическим анализом, – продолжает Игорь. – Чтобы доказать свою правоту, мы смоделировали эксперимент, в котором оценили количество изоформ, которые мы должны были идентифицировать, если бы они присутствовали в клетке. Оказалось, что если альтернативный сплайсинг играет важную роль в формировании белкового состава клетки, мы бы увидели в десятки раз больше изоформ в нашем масс-спектрометрическом эксперименте, чем получили на самом деле. Так мы доказали, что роль альтернативного сплайсинга сложнее, чем предполагалась раньше».
Большое разнообразие РНК приводит к совсем небольшим изменениям белков, поэтому, по словам авторов исследования, каноническая схема молекулярной биологии «от ДНК к белку» нарушается. Теперь ученым предстоит понять, какую биологическую функцию несет альтернативный сплайсинг, какова роль РНК-РНК взаимодействий в этом процессе и как все это влияет на трансляцию белков в клетке.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
13.06.2017