Глубоко внутри наших клеток ДНК дает инструкции по производству белков, необходимых молекул, которые растут и поддерживают наше тело.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — это промежуточная нуклеиновая кислота, которая переносит эти инструкции от ДНК к рибосомам, где в клетке производятся белки. Но у людей и растений только крошечная часть ДНК производит РНК, которая выполняет инструкции по построению белков. У человека почти 98% генома не кодирует белки. Однако он часто дает начало РНК, которая не производит белки, называемые некодирующими РНК. Так что же делает эта часть генома?
«На протяжении многих лет исследования показали, что более 80% генома может быть вовлечено в транскрипцию или продуцирование некодирующей РНК», — сказал Анджей Вежбицкий, профессор кафедры молекулярной, клеточной и эволюционной биологии Мичиганского университета. — Итак, дилемма была такова: функциональна ли вся эта некодирующая РНК? Она важна для чего-то? Или это просто шум процесса транскрипции или ошибка методов обнаружения?»
Теперь проведенные исследования показывают, что в растениях часть этой некодирующей РНК может играть существенную роль в защите целостности генома. Эта часть некодирующей РНК образуется из транспозонов, некодирующих фрагментов генов, которые перемещаются внутри ДНК, вставляя себя бессистемно и вызывая генетическое разнообразие. Иногда это разнообразие полезно, помогая эволюции, но иногда оно может вызвать мутации, которые могут привести к заболеванию.
Считается, что некодирующая РНК, получаемая из транспозонов, защищает геном, обеспечивая постоянное отключение транспозируемых элементов. Но как вообще отбираются транспозоны для глушения? В недавнем исследовании ученые обнаружили доказательства того, что эта некодирующая РНК производится по всему геному, а не только в транспозонах или вокруг них. Их результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мы, по сути, предлагаем новую модель. Наша модель говорит, что весь геном транскрибируется, и эта всепроникающая транскрипция функциональна», — говорят исследователи. «Эта всепроникающая некодирующая транскрипция действует как система наблюдения, улавливая и заставляя замолчать новые транспозоны по мере их появления. Мы надеемся, что эта модель будет проверена более подробно.»
Ученые обнаружили доказательства того, что некодирующая РНК образуется почти на 50% генома растения, в то время как транспозоны составляют только 10%-20% генома. Сравнивая свои данные с ранее опубликованными результатами, они также обнаружили доказательства того, что эта некодирующая РНК необходима для глушения транспозонов, которые становятся реактивированными.
Хотя исследовательская группа изучала растение Arabidopsis thaliana*, подобный процесс может происходить и в других цветковых растениях, а также в грибах и у животных. У грибов и животных происходит аналогичный процесс, за исключением того, что эти две группы не имеют специализированной РНК-полимеразы. Вместо этого они осуществляют аналогичный процесс с использованием той же полимеразы, которая способствует производству белка.
*Arabidopsis thaliana — маленькое сорняковое растение, которое является «белой лабораторной мышью» для ученых. Это первое растение, геном которого был полностью секвенирован.