Naukowcy z HKUST odkrywają mechanizm niekanonicznego cięcia w biogenezie miRNA

Aby odkryć i dokładnie udowodnić nowo zidentyfikowany niekanoniczny mechanizm rozszczepienia, zespół badawczy Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu (HKUST), kierowany przez profesora Tuana Anh Nguyena, adiunkta na Wydziale Nauk Przyrodniczych, zastosował kilka złożonych technik, takich jak jak sekwencjonowanie miRNA, analiza struktury pri -miRNA i wysokowydajne testy cięcia pri-miRNA dla około 260 000 sekwencji pri-miRNA. W przeciwieństwie do maszynerii kanonicznej, maszyneria niekanoniczna nie zależy od wielu podstawowych elementów białkowych i RNA wymaganych dla maszynerii kanonicznej. Badanie ujawniło również wcześniej nierozpoznane miejsca rozpoznawania DROSHA (DRES), które są krytyczne dla mitozy niekanonicznej, ale mogą również funkcjonować w mechanizmie mitozy kanonicznej. Ponadto badanie rzuca światło na ewolucyjny aspekt tego niekanonicznego mechanizmu podziału, ujawniając, że jest on zachowany u wielu gatunków zwierząt. Wynik ten wskazuje, że mechanizm niekanoniczny odgrywa ważną rolę w rozwoju i regulacji biogenezy miRNA.

MikroRNA (miRNA) to małe cząsteczki RNA, które odgrywają ważną rolę w regulacji aktywności genów. Pomagają kontrolować różne procesy biologiczne, takie jak wzrost i rozwój komórek oraz odporność. W ostatnich latach naukowcy prowadzili szeroko zakrojone badania nad mikrocząstkami, aby lepiej zrozumieć ich funkcje i mechanizmy związane z ich produkcją. Teraz naukowcy z Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) dokonali przełomowego odkrycia w biologii molekularnej, ujawniając niekanoniczny mechanizm rozszczepiania kompleksu mikroprocesorowego (MP complex, DROSHA-DGCR8), odpowiedzialnego za produkcję miRNA u ludzi i innych. zwierząt poprzez przetwarzanie pierwotnych transkryptów miRNA (pri-miRNA). To przełomowe odkrycie rzuca światło na odwieczną zagadkę biologii molekularnej i może mieć daleko idące implikacje dla naszego zrozumienia regulacji genów, procesów komórkowych i ewolucji szlaków biosyntezy miRNA u zwierząt.

Kompleks mikroprocesorowy został odkryty u zwierząt w 2004 roku i od tego czasu jego mechanizmy molekularne w produkcji mikrocząsteczek były badane przez wiele grup badawczych. Wspólnie badania te stworzyły model mechanizmu molekularnego tego enzymu, zwany kanonicznym mechanizmem przetwarzania pri-miRNA. Jednak tylko ten mechanizm może wyjaśnić, w jaki sposób enzym rozszczepia wiele pri-miRNA u zwierząt. Ponieważ pri-miRNA u zwierząt są bardzo zróżnicowane pod względem struktury i sekwencji, mechanizm ten nie wyjaśnia, w jaki sposób przetwarzana jest duża część pri-miRNA.

Mechanizm niekanonicznego przetwarzania pri-miRNA, odkryty i opublikowany w szanowanym czasopiśmie Molecular Cell, rozwiązuje istniejącą od dwóch dekad zagadkę biologii molekularnej dotyczącą rozszczepiania wielu pri-miRNA u zwierząt i uzupełnia znany wcześniej mechanizm kanoniczny. Mówiąc prościej, odkrycie to ujawnia nowy sposób, w jaki nasze komórki wytwarzają cząsteczki mikroRNA, co może mieć wpływ na nasze rozumienie regulacji genów, procesów komórkowych i ewolucji szlaków biosyntezy mRNA u zwierząt.

Kluczowe wnioski z badania HKUST obejmują:

• Odkrycie i wszechstronna charakterystyka nowego sposobu, w jaki komórki wytwarzają miRNA u zwierząt, rozwiązując odwieczną zagadkę biologii molekularnej.
• Identyfikacja DRES, który określa wydajność cięcia i dokładność MP, otwierając nowy kierunek badań, aby zbadać, czy inne podobne enzymy również zawierają miejsca rozpoznawania RNA.
• Dowody na to, że niekanoniczna maszyneria do produkcji miRNA jest zachowana u różnych gatunków zwierząt, odgrywając ważną rolę w biogenezie miRNA u robaków, takich jak C. elegans i C. briggsae.
• Wyjaśnienie, w jaki sposób MP rozszczepia wiele krótkich pri-miRNA u zwierząt, co sugeruje szersze funkcje komórkowe kompleksu MP.

Odkrycie niekanonicznego mechanizmu rozszczepienia kompleksu MP w biogenezie miRNA ma daleko idące implikacje dla przyszłych badań w biologii molekularnej. Identyfikacja tego mechanizmu otwiera nowe ścieżki badań i poszerza naszą wiedzę na temat krajobrazu regulacyjnego biogenezy mRNA u zwierząt.

Jedną z najważniejszych konsekwencji tego jest możliwość wykrywania większej różnorodności substratów dla kompleksu MP u zwierząt. Wcześniej mechanizm kanoniczny nie był w stanie wyjaśnić przetwarzania niektórych pri-miRNA. Teraz, dzięki mechanizmowi niekanonicznemu, badacze mogą ponownie ocenić wcześniej niewyjaśnione lub zignorowane substraty RNA. Może to prowadzić do identyfikacji nowych pri-miRNA i innych substratów RNA, które są specyficznie przetwarzane przez niekanoniczną maszynerię.

Kolejna implikacja leży w możliwości odkrycia nowych funkcji kompleksu MP u zwierząt. Ponieważ mechanizm niekanoniczny może przetwarzać krótkie pri-miRNA, wskazuje to na szerszą rolę komórkową kompleksu MP. Może to prowadzić do odkrycia nieznanych wcześniej ról w regulacji genów i procesach komórkowych, takich jak rozwój, różnicowanie i odporność.

Wreszcie, demonstrując zachowanie mechanizmu niekanonicznego u różnych gatunków zwierząt, szczególnie u robaków, takich jak C. elegans i C. briggsae, badanie to podkreśla ewolucyjne znaczenie tego mechanizmu. Przyszłe badania mogą zagłębić się w ewolucyjne aspekty zarówno mechanizmów kanonicznych, jak i niekanonicznych, rzucając światło na rozwój i zróżnicowanie szlaków biogenezy miRNA u zwierząt.

Podsumowując, odkrycie niekanonicznego mechanizmu biogenezy miRNA otworzyło nowe możliwości badawcze i poszerzyło naszą wiedzę na temat mechanizmów molekularnych leżących u podstaw produkcji miRNA. To toruje drogę przyszłym odkryciom w biologii molekularnej, prowadząc do lepszego zrozumienia regulacji genów, procesów komórkowych i ewolucji szlaków biogenezy miRNA u zwierząt.