Nye triggere i en vigtig vej til at ødelægge mikroRNA'er

I en undersøgelse fra laboratoriet af Whitehead Institute-medlem David Bartel har forskere identificeret genetiske sekvenser, der kan føre til nedbrydning af cellulære regulatorer kaldet mikroRNA'er i frugtfluen Drosophila melanogaster. Resultaterne blev offentliggjort den 22. september i Molecular Cell .

"Dette er et spændende studie, der baner vejen for en dybere forståelse af mikroRNA-nedbrydningsvejen," siger Bartel, som også er professor i biologi ved Massachusetts Institute of Technology og efterforsker ved Howard Hughes Medical Institute. "At finde disse 'trigger'-sekvenser vil give os mulighed for mere præcist at undersøge funktionen af ​​denne vej i laboratoriet, hvilket sandsynligvis er afgørende for fluer - og muligvis andre arter - for at overleve til voksenalderen."

For at producere nye proteiner transkriberer celler deres DNA til messenger-RNA'er (eller mRNA'er), som giver information, der kræves for at fremstille proteinerne. Når et givet mRNA har tjent sit formål, nedbrydes det. Nedbrydningsprocessen ledes ofte af små RNA-sekvenser kaldet mikroRNA'er.

I tidligere arbejde har forskere vist, at visse mRNA- eller ikke-kodende RNA-transkripter, snarere end at blive nedbrudt af mikroRNA'er, i stedet kan vende tabellen på mikroRNA'erne og føre til deres ødelæggelse gennem en vej kaldet target-directed microRNA-nedbrydning eller TDMD. "Denne vej fører til hurtig omsætning af visse mikroRNA'er i cellen," siger tidligere Bartel Lab-studerende Elena Kingston.

Kingston ønskede yderligere at forstå funktionerne af TDMD-vejen i celler. "Jeg ønskede at komme ind på 'hvorfor'," sagde hun. "Hvorfor reguleres mikroRNA'er på denne måde, og hvorfor betyder det noget i en organisme?"

Tidligere arbejde på TDMD-vejen blev primært udført i dyrkede celler. Til det nye studie besluttede forskerne at bruge frugtfluen Drosophila melanogaster. En fluemodel kunne give mere indsigt i, hvordan banen fungerede i en levende organisme - herunder hvorvidt den havde en effekt på organismens kondition eller var afgørende for overlevelse.

Forskerne skabte en model til at studere TDMD ved at bruge fluer med mutationer i et essentielt TDMD-vejgen kaldet Dora (det tilsvarende menneskelige gen kaldes ZSWIM8, som beskrevet i denne artikel). Meget få fluer med mutationer i Dora blev set for at nå til voksenalderen. De fleste døde tidligt i udviklingen, hvilket tyder på, at TDMD-vejen sandsynligvis var vigtig for deres embryonale levedygtighed.

Set en finger på udløserne af TDMD-stien

Mens mikroRNA'er ikke har brug for mange komplementære basepar for at binde og regulere deres mRNA-mål, er det modsatte tilfældet i TDMD-vejen. For at fungere korrekt har TDMD-vejen brug for en meget specifik trigger, som enten kan være et mRNA, der koder for proteiner, eller et ikke-kodende RNA. "Det unikke ved en trigger er, at den har et sted, som mikroRNA'et kan binde sig til, og som har meget komplementaritet til mikroRNA'et," sagde Kingston.

Under isoleringen af ​​den tidlige COVID-19-pandemi satte Kingston sig for at skrive et program, der kunne udvælge sandsynlige triggere for mikroRNA-nedbrydning i Drosophila baseret på deres sekvenser. Programmet returnerede tusindvis af hits, og forskerne gik i gang med at indsnævre, hvilke steder der var de bedste kandidater til at teste i fluer.

"Så snart vi var i stand til at komme tilbage i laboratoriet [efter nedlukningen], tog jeg vores top 10 eller deromkring kandidater og prøvede at forstyrre dem i fluer," sagde hun. "Heldigvis for mig endte omkring halvdelen af ​​dem med at træne."

Disse seks nye triggere mere end fordobler listen over kendte RNA-sekvenser, der kan dirigere nedbrydning af mikroRNA'er. For at tage denne konstatering et skridt videre, gennemførte forskerne en analyse af, hvad der skete med fluerne, når en udløser blev forstyrret.

Forskerne fandt ud af, at en af ​​triggerne - et langt ikke-kodende RNA - spiller en rolle i den korrekte udvikling af neglebåndet eller den vandtætte ydre skal af et flueembryo. "Vi bemærkede, at når vi forstyrrede denne udløser, havde neglebåndene på flueembryoner ændret elasticitet," sagde Kingston. "Da vi sprang embryoerne ud af deres æggeskaller, kunne vi se disse neglebånd udvide sig og svulme op."

På grund af den oppustede fænotype besluttede Kingston at opkalde den lange ikke-kodende RNA-marge efter tante Marge, en karakter i Harry Potter-serien. I "Harry Potter og fangen fra Azkaban" får tante Marges hån Harry til ved et uheld at udføre magi på hende, hvilket får hende til at pustes op og flyde væk.

I fremtiden håber Kingston, som siden er dimitteret og påbegyndt en karriere i biotekindustrien, at forskere vil tage faklen op med at lære rollerne af andre TDMD-triggere. "Vi har stadig flere andre triggere [fra dette papir], hvor der ikke er nogen kendt biologisk rolle for dem i fluen," sagde hun. "Jeg tror, ​​at dette åbner feltet for andre at gå ind og stille spørgsmålene:'Hvor virker disse triggere? Hvad laver de? Og hvad er fænotypen, når du mister dem?'" + Udforsk yderligere

mRNA'er kan vende tabellen på deres mikroRNA-regulatorer, viser undersøgelse