Никто не знает, сколько раз в день или даже час триллионам клеток нашего тела необходимо производить белки. Но мы знаем, что это происходит постоянно, в массовом масштабе. Мы также знаем, что каждый раз, когда это происходит, в ядре клетки происходит процесс редактирования. Это называется сплайсингом РНК. Он гарантирует, что «инструкции» РНК, отправляемые на фабрики клеточных белков, точно соответствуют плану, закодированному в наших генах.
Исследователи во главе с Адрианом Крайнером, профессором лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и доцентом Джастином Кинни, вырабатывают правила, которые определяют, как клетки обрабатывают эти сообщения РНК, что позволяет лучше прогнозировать влияние конкретных генетических мутаций, влияющих на этот процесс. Это, в свою очередь, поможет оценить, как определенные мутации влияют на риск заболевания человека.
Сплайсинг удаляет прерывающиеся сегменты, называемые интронами, из необработанной неотредактированной копии РНК гена, оставляя только экзоны или области, кодирующие белок. В геноме человека более 200000 интронов, и если их неточно разделить, клетки будут генерировать дефектные белки. Результаты могут быть опасными для жизни: считается, что около 14% однобуквенных мутаций, связанных с заболеваниями человека, происходят в последовательностях ДНК, которые определяют положение интронов в геноме.
Механизм сплайсинга клетки ищет «сайты сплайсинга», чтобы правильно удалить интроны из необработанного сообщения РНК. Сайты сплайсинга по всему геному похожи, но не идентичны, и небольшие изменения не всегда снижают эффективность сплайсинга. Крайнер говорит, что для сайта сплайсинга в начале интрона, известного как его 5 ‘[«пятизначный»] сайт сплайсинга, «мы знаем, что в первом и втором положении [буква ДНК] мутации очень сильны. влияние. Мутации в другом месте интрона могут иметь драматический эффект или не иметь никакого эффекта, или что-то среднее между ними.”
Из-за этого было трудно предсказать, как мутации в сайтах сплайсинга в генах, связанных с заболеванием, повлияют на пациентов. Например, мутации в генах BRCA1 или BRCA2 могут увеличить риск рака груди и яичников у женщины, но не каждая мутация вредна.
В экспериментах под руководством первого автора Мэнди Вонг, постдока лаборатории Krainer, команда создала 5 ‘сайтов сплайсинга со всеми возможными комбинациями букв ДНК, а затем измерила, насколько хорошо связанные интроны были удалены из более крупного фрагмента РНК. Для своих экспериментов они использовали интроны из трех связанных с заболеванием генов – BRCA2 и двух генов, в которых мутации вызывают нейродегенеративные заболевания, IKBKAP и SMN1.
В одном интроне каждого из трех генов команда проверила более 32000 5 ‘сайтов сплайсинга. Они обнаружили, что определенные последовательности ДНК соответствуют одинаковой эффективности или неэффективности сплайсинга в разных интронах. Это шаг к общим прогнозам. Но они также обнаружили, что другие особенности каждого гена – более широкий контекст – имеют тенденцию изменять воздействие в каждом конкретном случае. Другими словами: то, как мутация в данном 5 ‘сайте сплайсинга повлияет на сплайсинг, в некоторой степени предсказуемо, но также зависит от контекста за пределами самого сайта сплайсинга.
Крайнер говорит, что эти знания помогут лучше предсказать влияние мутаций сайтов сплайсинга, но необходимы более глубокие исследования.