Тесты Purdue проливают свет на ключевые этапы развития млекопитающих

Исайя Менса из Университета Пердью (слева), аспирант биохимии, и Хумайра Гоуэр, доцент кафедры биохимии, и их сотрудники опубликовали новые данные об эмбриональном развитии млекопитающих. (Фото Purdue Agricultural Communications/Том Кэмпбелл)

Уэст-ЛАФАЙЕТ, Индиана – Исследовательская группа Университета Пердью раскрыла сложные новые подробности о функции ключевого белка, общего для млекопитающих, включая человека. Многие виды рака возникают, когда этот белок ДНК-метилтрансфераза выходит из строя.

Результаты исследования, проведенного докторантом и аспирантом, также включают в себя материалы пяти студентов бакалавриата и опубликованы в журнале Cell Reports. Результаты впервые показывают механизм, с помощью которого определенный тип РНК регулирует экспрессию критического гена ДНК-метилтрансферазы, Dnmt3b.

«Регуляция метилирования ДНК лежит в основе многих заболеваний», — сказала Хумайра Гоуэр, доцент кафедры биохимии. Но в нормальных условиях метилирование ДНК, катализируемое Dnmt3b, играет важную роль в том, как молодые, несформированные клетки млекопитающих делятся и развиваются в более специализированные клетки. Метилирование ДНК также регулирует эпигенетический процесс, который обходит генетическое кодирование при передаче выбранных признаков потомству млекопитающих.

«В этой статье мы показываем, как ДНК-метилтрансфераза Dnmt3b точно и ограниченно экспрессируется на ранних стадиях развития, а затем отключается», — сказал Гоуэр.

Сбой в Dnmt3b потенциально может повлиять на поведение раковых клеток. Это потому, что определенные условия вызывают аномальное метилирование ДНК. По ее словам, изменения в метилировании ДНК стали критическими биомаркерами для выявления рака.

В ходе длительной, тщательной и разнообразной серии экспериментов команда Гоуэра отслеживала место и время экспрессии Dnmt3b, чтобы определить механизм, который ее контролирует, используя эмбриональные стволовые клетки мыши в качестве модели развития. Стволовые клетки, обнаруженные только у эмбрионов на ранних стадиях, могут развиться в любой другой тип клеток, обнаруженных в организме.

Эксперименты выявили взаимодействие нескольких регуляторных молекул. Команда обнаружила, что после того, как некодирующая РНК создает открытую среду в промоторе гена, где начинается все действие, она также доставляет сплайсинговый белок hnRNPL к локомотиву, транскрибирующему ген, РНК Pol II. Последний подвозит путешествующий автостопом сплайсинговый белок к его молекулярному рабочему месту, находящемуся дальше от промотора в теле гена.

«Некодирующие РНК обладают способностью связывать факторы сплайсинга. Они могут доставить этот фактор сплайсинга к РНК-полимеразе на промоторе, и полимераза поддержит его», — сказал Гоуэр.

Результаты помогли показать, что два генетических процесса — транскрипция и альтернативный сплайсинг — служат двойным контролем при точной настройке различных форм Dnmt3b, сказал Мохд Салим Дар, ведущий автор статьи Cell Reports. При транскрипции РНК копирует последовательность ДНК, чтобы помочь производству клеточного белка. А посредством альтернативного сплайсинга ген может объединять сотни последовательностей ДНК для создания белков разными способами.

«Когда я дифференцировал эти наивные эмбриональные стволовые клетки мышей и проверил экспрессию Dnmt3b, я увидел, что она индуцируется», — сказал Дар, ныне научный сотрудник Национального института здравоохранения. В индуцированном состоянии Dnmt3b запускает клеточное развитие. «И благодаря этой индукции мы увидели сращивание», — сказал он.

Дар также исследовал взаимосвязь между альтернативным сплайсингом и состоянием экспрессии Dnmt3b.

«Вам необходимо показать полную картину альтернативного сплайсинга Dnmt3b во время его низкой и высокой экспрессии», — сказал Гоуэр. Когда Дар рассмотрел альтернативный сплайсинг в состоянии низкой экспрессии, он заметил, что выбор альтернативного сплайсинга привел к образованию белка Dnmt3b, который не обладает ферментативной активностью. Однако при высоком уровне экспрессии альтернативный сплайсинг переключается, что приводит к экспрессии ферментативно активного белка.