Информация, содержащаяся в транскрипте информационной РНК (мРНК), выходит за рамки рецепта белка, встроенного в его последовательность. мРНК состоят из одиночных цепей нуклеотидов, которые могут спариваться друг с другом так же, как и двухцепочечные молекулы ДНК. Полученные в результате “ вторичные структуры ” помогают определить, когда и как продуцируется кодируемый белок.
Исследователи во главе с Юэ Ванем из Института генома A * STAR в Сингапуре и Говардом Чангом из Стэнфордского университета в США применили мощную экспериментальную технику для построения подробной карты вторичных структур для всего «транскриптома» мРНК человека.
Их метод параллельного анализа структуры РНК (PARS) влечет за собой выделение общего содержания мРНК в биологическом образце, а затем его обработку двумя разными ферментами, которые выборочно разрезают одно- или двухцепочечные сегменты РНК. Используя технологию секвенирования для картирования этих участков разреза, исследователи смогли нанести на карту вторичную структуру каждого транскрипта мРНК.
Анализ выявил некоторые интересные общие особенности структуры мРНК. Например, белковые кодирующие области имеют меньшую структуру, чем некодирующие регуляторные последовательности, особенно в сегментах, участвующих в сплайсинге – ферментативном процессе, который увеличивает количество белков, кодируемых одним транскриптом. Кроме того, почти 10% мРНК, исследованных командой, предполагали множественные вторичные структуры структуры, предполагая, что «переключение» между конформациями играет важную регуляторную роль.
Исследователи также исследовали случаи, когда на структуру мРНК влияют различия в последовательности геномной ДНК, из которой она была транскрибирована. "Между людьми существует обширная генетическая изменчивость," объясняет Ван. "Чтобы понять, в какой степени это вызывает структурные изменения у людей, мы провели полногеномный анализ в семье из трех человек." Это показало, что кажущиеся незначительными различия могут иметь значительное влияние: примерно 15% вариаций однонуклеотидной последовательности между людьми вызвали структурные изменения в мРНК (см. Изображение).
Хотя другие исследователи предсказывали, что различия в последовательности геномов будут иметь такой эффект, результаты Вана представляют собой первую прямую демонстрацию масштабов этого явления. "Мы идентифицировали более 1900 вариантов нуклеотидов, которые вызывают структурные изменения в человеческом транскриптоме – гораздо больше, чем кто-либо другой обнаружил ранее," он говорит.
В нескольких случаях исследователи обнаружили доказательства того, что эти связанные с вариантами изменения могут влиять на регуляцию генов, включая выработку белка, и, следовательно, способствовать определенным болезненным состояниям. "Эта работа была проведена на здоровых людях, но наши результаты показывают, что некоторые мутации могут вызывать заболевание, изменяя регуляцию генов," говорит Ван. "В будущих исследованиях можно будет сравнить больные и нормальные ткани для выявления и характеристики мутаций, изменяющих структуру."