Новый метод помог обнаружить ранее неизвестные регуляторные молекулы РНК

Российские ученые совместно с американскими коллегами придумали методику, которая позволит раскрыть особенности работы ядерных некодирующих РНК. Эти молекулы управляют активностью генома, взаимодействуя с регуляторными последовательностями генов и связанными с ними белками, однако до настоящего времени не было возможности установить, какие именно РНК и каким образом опосредуют активацию и подавление генов. Предложенный авторами работы экспериментальный подход позволил идентифицировать молекулы РНК, которые помогают формировать специфическую трехмерную архитектуру генома. С результатами исследования, выполненного при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах журнала PNAS.

Транскрипция генов, то есть считывание РНК с ДНК, — первый этап реализации генетической информации. Традиционно белковые факторы исследовались как основной класс молекул, регулирующих ее, однако исследования последних лет свидетельствуют о том, что существенную роль играют находящиеся в клеточном ядре некодирующие РНК. Они могут привлекать к определенным участкам генома активаторы или, наоборот, репрессоры транскрипции, направлять специфическую пространственную укладку генома и выступать в качестве «затравки» для сборки белковых комплексов или организации белковых конденсатов (капель).

В недавних исследованиях было показано, что присутствие РНК может быть важно для привлечения к определенным местам генома транскрипционных репрессоров группы Polycomb, обеспечивающих своевременное выключение генов в эмбриональном развитии, и организации петель хроматина с участием белка CTCF. Вместе с тем конкретные РНК, которые задействованы в этих процессах, установлены не были.

«Имевшиеся методы исследования некодирующих РНК позволяли идентифицировать лишь их сайты посадки в геноме, однако не позволяли анализировать белки, которые могут привлекаться ими к геному», — поясняет Алексей Гаврилов, исполнитель проекта по гранту РНФ, первый автор опубликованного исследования, ведущий научный сотрудник Института биологии гена РАН.

Сотрудники Института биологии гена РАН (Москва), Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА (Москва), Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова (Москва) и Биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва) совместно с американскими коллегами предложили комбинированный метод RedChIP, позволяющий анализировать РНК-ДНК контакты, опосредованные конкретным белком.

Первая часть названия нового метода взята от Red-C — протокола полногеномного анализа РНК-ДНК контактов, который был ранее разработан авторами работы. Он основан на сшивке фрагментов РНК и ДНК, находящихся в ядре в составе одного нуклео-белкового комплекса. Далее проводят секвенирование химерных молекул РНК-ДНК, то есть расшифровывают, какие молекулы РНК были связаны с различными участками генома. Вторая часть названия — отсылка к иммунопреципитации хроматина (ChIP). Данный подход позволяет изолировать РНК-ДНК-белковые комплексы, в состав которых входит определенный белок, и таким образом анализировать опосредованные им РНК-ДНК контакты. Объединение двух методик в новом экспериментальном протоколе позволило авторам исследования идентифицировать некодирующие РНК, задействованные в привлечении транскрипционных репрессоров группы Polycomb к генам, важным в развитии (таким как гены Hox, отвечающим за «схему» построения эмбриона), и в организации CTCF-зависимых петель хроматина.

«Мы рассчитываем, что разработанный нами метод позволит уточнить карту хромосомных взаимодействий, функции и механизмы действия уже известных некодирующих РНК, а также идентифицировать новые типы регуляторных РНК, контролирующих экспрессию генов на транскрипционном уровне. Некодирующие РНК — регуляторы огромного числа процессов в жизни клетки. Поэтому знание об их функциях может послужить основой для создания новых клеточных моделей и разработки способов лечения различных генетических заболеваний», — подводит итог Алексей Гаврилов.