«Темная материя РНК» – быть или не быть?

Как выяснилось, с большей части человеческого генома матричная РНК не [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BF%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)]транскрибируется[/url] (Фото: SciencePhotoLibrary)

Так называемая «темная материя РНК», обнаруженная в исследованиях геномов млекопитающих, возможно, в действительности не существует. Раньше этим термином обозначалось огромное количество матричной РНК, присутствующей в клетке, но не ассоциирующейся ни с одним из известных не сегодняшний день генов.

Применяя методы секвенирования транскриптома последнего поколения, исследователи из Канады обнаружили, что в клетках человека и мыши основная часть РНК-транскриптов является РНК-копиями участков ДНК, кодирующих белки (генов), либо регуляторных участков ДНК, влияющих на характер экспрессии тех или иных генов. Это открытие противоречит предыдущим изысканиям, в которых было показано, что практически весь геном, включая те его 98%, которые не кодируют белки, [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BF%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)]транскрибируется в клетке в РНК[/url].

В последние несколько лет на основании исследования геномов млекопитающих было высказано предположение, что матричная РНК считывается не только с участков ДНК, кодирующих белки [1,2,3]. На основании этого некоторые авторы делали вывод, что обширная некодирующая часть генома, или так называемая «мусорная ДНК», в действительности выполняет в клетке некие функции.

Большинство этих работ было выполнено с применением микрочиповой технологии (microarray), в которой для обнаружения РНК-транскриптов используются тысячи проб образца. К сожалению, у этого метода есть свои недостатки – например, некоторые пробы могут давать ложно положительные результаты, которые очень сложно выявить. В новейших исследованиях применяется более точная технология секвенирования транскриптома клетки под названием RNA-Seq («Whole Transcriptome Shotgun Sequencing»). С ее помощью было показано, что объем транскрибируемой в РНК части генома в действительности не так велик, как предполагалось в более ранних работах [4].

В последнем исследовании, выполненном под руководством Харма ван Бакеля (Harm van Bakel) из Университета Торонто (University of Toronto), была проведена сравнительная оценка количества РНК-транскриптов в одних и тех же образцах тканей млекопитающих с помощью традиционных микрочипов и технологии RNA-Seq. Оказалось, что при анализе с помощью микрочипов в образцах действительно обнаруживается огромное количество неких загадочных РНК-транскриптов, в то время как RNA-Seq дает совершенно иную картину, показывая, что в клетке крайне мало РНК-транскриптов, не ассоциированных с генами. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS Biology [5].

Соавтор работы Тимоти Хьюджес (Timothy Hughes) говорит, что методика RNA-Seq гораздо более достоверна, чем привычные микрочипы, особенно для анализа транскриптов, присутствующих в клетке в низких концентрациях. «Мы всегда подозревали, что данные, полученные традиционными микрочиповыми методами, содержат очень много шумов», добавляет Хьюджес.

Проведенное исследование весьма красноречиво доказывает, что количество «темной материи РНК» в клетке, если она в принципе существует, сильно завышено. До настоящего времени такого сравнения методов не проводилось, однако оно уже давно требовалось, поскольку данные, получаемые в разных лабораториях в работе с микрочипами, нередко противоречат друг другу, а количество таких противоречивых данных неуклонно растет [6].

Транскрипционная головоломка

Несмотря на то, что большинство транскриптов, обнаруженных с помощью технологии RNA-Seq, было ассоциировано с генами, кодирующими известные белки, некоторые из этих транскриптов до настоящего времени не идентифицированы, что оставляет вопрос о «темной материи РНК» открытым. Возможно, некоторые из этих транскриптов могут быть альтернативными копиями известных генов, в то время как другие могут оказаться регуляторными РНК, определяющими характер экспрессии генома.

Из обнаруженных РНК-транскприптов, не связанных с известными генами, большинство представляло собой короткие последовательности рибонуклеотидов либо молекулы РНК, присутствующие в клетке в крайне низких концентрациях. Обе эти характеристики указывают на то, что обнаружение подобных транскриптов также может быть следствием ошибок и все же недостаточной чувствительности методики. Таким образом, и эта «темная материя», скорее всего, не выполняет в клетках никакой определенной функции.

В то же время, исследователь Филипп Капранов (Philipp Kapranov) из биотехнологической компании Helicos BioSciences, также проведший работу с применением RNA-Seq, получил иные результаты, обнаружив большое количество РНК-копий «мусорной ДНК». Капранов не может предположить, по какой причине результаты двух весьма доказательных исследований столь сильно разнятся. Возможно, ответ будет получен после функциональных тестов, которые выявят корреляцию количества «темной материи РНК» в клетке с уровнем экспрессии генов, а также с развитием различных заболеваний. Только после получения результатов подобных исследований можно будет с уверенностью судить о значимости «темной материи РНК» для клетки.

Литература:

1. Kapranov P. et al. Science 296 (2002), 916-19.
2. Cheng J. et al. Science 308 (2005), 1149-54.
3. Bertone P. et al. Science 306 (2004), 2242-6.
4. van Bakel H., Hughes T.R. Brief Funct. Genomic Proteomic 8 (2009), 424-36.
5. van Bakel H. et al. PLoS Biology 8 (2010), e1371.
6. Schadt E.E. et al. genome Biology 5 (2004), R73.

По материалам:
NatureNews