Новый класс РНК создает порядок в клетке
Внутри клеток РНК и белки образуют биомолекулярные конденсаты — мельчайшие, похожие на жидкость капли, необходимые для организации клеточной жизни. Некоторые РНК агрегируют в кластеры. Нарушения в этом процессе могут вызывать нарушения развития, рак и нейродегенеративные заболевания. Причины агрегации некоторых РНК чаще, чем других, остаются неясными. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) идентифицировали новый класс РНК, называемых smOOP, что позволило лучше понять механизм образования биомолекулярных конденсатов. Результаты опубликованы в журнале Cell Genomics.
Клетки человека обладают динамичной внутренней жизнью: биологические конденсаты служат организационными центрами и контролируют многочисленные функции – от регуляции генов до реакций на стресс. «Эти конденсаты представляют собой скопления, образующиеся в результате фазового разделения – процесса, при котором молекулы отделяются от окружающей среды, подобно тому, как масло отделяется от воды. Внутри клеток этот процесс приводит к образованию РНК и белков характерных безмембранных капель», – объясняет профессор Миха Модич из Зоологического института KIT.
В исследовании, проведённом совместно с учёными из Национального института химии Словении и Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, группа под руководством Модича объединила экспериментальный анализ с глубоким обучением, чтобы определить, какие РНК склонны к кластеризации во время конденсации. Исследователи выявили ранее неизвестный класс РНК, активный на ранних стадиях развития: полуизвлекаемые и ортогональные РНК, обогащённые методом органического фазового разделения (smOOP).
«На ранних стадиях развития каждое состояние клетки приводит к формированию уникального состава РНК, склонных к конденсации. Эти РНК определяют и поддерживают фазовый ландшафт клетки. Мы обнаружили, что smOOP необычайно «липкие» и высокоспецифичны к типу клеток. Они наиболее распространены на ранних стадиях эмбрионального развития: они устойчивы к стандартным методам выделения РНК и особенно прочно связываются с РНК-связывающими белками», — говорит Модич.
Кроме того, исследователи заметили, что smOOP накапливаются в видимых кластерах внутри клеток и связаны между собой сильнее, чем ожидалось. Это указывает на то, что они естественным образом преимущественно конденсируются внутри клеток. Используя глубокое обучение, учёные выявили общие черты этого нового класса РНК: длинные транскрипты с низкой сложностью последовательности, сильной внутренней укладкой и характерными паттернами связывания с белками. Оказалось, что белки, кодируемые этими РНК, также, как правило, содержат длинные, гибкие сегменты, которые дополнительно способствуют конденсации. «Это указывает на интересное взаимодействие между РНК и белками в фазовом разделении. Открытие smOOP расширяет наше понимание РНК, склонных к конденсации. Оно также демонстрирует, как сочетание биохимических экспериментов с машинным обучением может раскрыть скрытую логику молекулярных сетей жизни», — говорит Модич.
Понимание того, как клетки поддерживают свой внутренний порядок, критически важно для фундаментального понимания биологии. «Как РНК, так и белки участвуют в образовании конденсата. Эта связь особенно важна для развития. Нарушение этого механизма может привести к заболеванию. Идентифицируя smOOP и сеть их РНК-РНК-взаимодействий, мы теперь располагаем концептуальной и механистической основой для интерпретации патогенных конденсатов при заболеваниях», — объясняет Модич.
Источник: www.deutschesgesundheitsportal.de
Клетки человека обладают динамичной внутренней жизнью: биологические конденсаты служат организационными центрами и контролируют многочисленные функции – от регуляции генов до реакций на стресс. «Эти конденсаты представляют собой скопления, образующиеся в результате фазового разделения – процесса, при котором молекулы отделяются от окружающей среды, подобно тому, как масло отделяется от воды. Внутри клеток этот процесс приводит к образованию РНК и белков характерных безмембранных капель», – объясняет профессор Миха Модич из Зоологического института KIT.
В исследовании, проведённом совместно с учёными из Национального института химии Словении и Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, группа под руководством Модича объединила экспериментальный анализ с глубоким обучением, чтобы определить, какие РНК склонны к кластеризации во время конденсации. Исследователи выявили ранее неизвестный класс РНК, активный на ранних стадиях развития: полуизвлекаемые и ортогональные РНК, обогащённые методом органического фазового разделения (smOOP).
«На ранних стадиях развития каждое состояние клетки приводит к формированию уникального состава РНК, склонных к конденсации. Эти РНК определяют и поддерживают фазовый ландшафт клетки. Мы обнаружили, что smOOP необычайно «липкие» и высокоспецифичны к типу клеток. Они наиболее распространены на ранних стадиях эмбрионального развития: они устойчивы к стандартным методам выделения РНК и особенно прочно связываются с РНК-связывающими белками», — говорит Модич.
Кроме того, исследователи заметили, что smOOP накапливаются в видимых кластерах внутри клеток и связаны между собой сильнее, чем ожидалось. Это указывает на то, что они естественным образом преимущественно конденсируются внутри клеток. Используя глубокое обучение, учёные выявили общие черты этого нового класса РНК: длинные транскрипты с низкой сложностью последовательности, сильной внутренней укладкой и характерными паттернами связывания с белками. Оказалось, что белки, кодируемые этими РНК, также, как правило, содержат длинные, гибкие сегменты, которые дополнительно способствуют конденсации. «Это указывает на интересное взаимодействие между РНК и белками в фазовом разделении. Открытие smOOP расширяет наше понимание РНК, склонных к конденсации. Оно также демонстрирует, как сочетание биохимических экспериментов с машинным обучением может раскрыть скрытую логику молекулярных сетей жизни», — говорит Модич.
Понимание того, как клетки поддерживают свой внутренний порядок, критически важно для фундаментального понимания биологии. «Как РНК, так и белки участвуют в образовании конденсата. Эта связь особенно важна для развития. Нарушение этого механизма может привести к заболеванию. Идентифицируя smOOP и сеть их РНК-РНК-взаимодействий, мы теперь располагаем концептуальной и механистической основой для интерпретации патогенных конденсатов при заболеваниях», — объясняет Модич.
Источник: www.deutschesgesundheitsportal.de
