Молекулярный биолог из Университета Делавэра Мона Батиш и сотрудники Гарвардской медицинской школы и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе определили новую циркулярную рибонуклеиновую кислоту (РНК), которая повышает активность опухолей в опухолях мягких и соединительных тканей.
Обнаружение этой новой генетической единицы может улучшить понимание генетики рака и того, как рак идентифицируется и лечится.
Исследователи недавно сообщили о своих выводах в новой статье в Cell Research, журнале Nature. Батиш был соавтором команды, в которую входили Джления Гварнерио, ведущий автор статьи и доцент биомедицинских наук в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и в Медицинском центре Cedars-Sinai; Пьер Паоло Пандольфи, заведующий кафедрой медицины Арести и профессор медицины и патологии в Гарвардской медицинской школе; и коллеги из Гарвардской медицинской школы Beth Israel Deaconess Medical Center, Университета Рутгерса и Университетской больницы Ольборга в Дании.
РНК – это одноцепочечная молекула, которая производится ДНК – кодом жизни – в наших телах. Messenger RNA (мРНК) действует как курьер, доставляя инструкции из кода ДНК в машины для производства белка и, таким образом, диктуя состав белков в клетке. Помимо мРНК, существует много других типов РНК, которые не несут код для белков, но выполняют другие важные функции в клетках. В совокупности они известны как некодирующие РНК.
Новый класс некодирующей РНК, названный кольцевой РНК, был открыт в 1970-х годах. Циркулярная РНК (циррНК) изначально считалась вирусом, потому что большинство молекул РНК являются линейными, что означает, что их генетическая последовательность всегда движется в прямом направлении. В противоположность этому, циркРНК является круговой, хотя она имеет ту же генетическую последовательность, что и линейная РНК.
«При определенных условиях системы обработки РНК могут быть обмануты, думая, что они должны соединить цели», – сказал Батиш, доцент кафедры медицинских и молекулярных наук в Колледже наук о здоровье UD. «Когда возникает эта ошибка, она создает обратную петлю в генетической последовательности РНК, а затем продолжает идти – вроде как, когда вы получаете излом в середине ожерелья». Эта петля отделяется и сохраняется в виде кольцевой РНК внутри клетки.
Долгое время исследователи считали, что эта ошибка, процесс, известный как обратное соединение, ничего не значила. Но когда в 1990-х годах произошло секвенирование генома, ученые начали находить кольцевую РНК в тканях мозга и других тканях. К 2014 году они поняли, что кольцевая РНК важна, и сегодня существует целая область, которая рассматривает кольцевую РНК как биомаркер для болезней, особенно рака.
По словам Батиша, роль циррНК в прогрессировании опухоли изучена недостаточно.
В статье исследователи описывают новую циррНК, генерируемую геном Zbtb7a, обнаруженную в опухолях мягких тканей, таких как мезенхимальные опухоли. В своей линейной форме эта РНК образует подавляющий опухоль белок, который останавливает рост рака, согласно предыдущему исследованию из исследовательской лаборатории Пандольфи в Гарварде. Однако, когда одна и та же РНК образует циррНК (то есть получает «излом»), кольцевая РНК работает независимо, чтобы сделать опухоль более активной, эффективно заглушая подавляющий опухоль белок.
Согласно Батиш, это первый раз, когда этот тип антагонистической, стимулирующей опухоль роли цирРНК был показан в связи с линейной РНК с той же генетической последовательностью.
Теоретически, обе цепи РНК должны выполнять одну и ту же функцию, потому что они происходят из одного и того же генетического материала, но они этого не делают.
Чтобы подтвердить свои выводы, исследователям был необходим способ определить, является ли РНК линейной или кольцевой, поскольку они имеют один и тот же генетический код. Вот тут-то и пригодился опыт Батиша.
«Вы сами не видите РНК, так что вы должны пометить ее», – сказал Батиш. «Но если вы маркируете это чем-то, что является специфичным для последовательности, трудно сказать, является ли он линейным или круговым, потому что генетический код выглядит одинаково».
Батиш ранее работал над зондами, которые «освещали» каждую РНК в отдельной клетке как единое яркое пятно под флуоресцентным микроскопом, чтобы понять, как биологические системы работают на клеточном уровне. Она адаптировала этот метод для различения кольцевой РНК от ее линейного аналога РНК от того же гена с помощью метода сочетания цветов.
“По сути, это похоже на создание рисунка из бисера на ожерелье. Скажем, РНК, с которой мы работаем, содержит красные и зеленые шарики. Мы знаем, что круговая РНК представляет собой замкнутый круг только из зеленых шариков, поэтому мы добавляем зонды для красного и зеленого цветов». шарики, а затем сфотографировать их под флуоресцентным микроскопом “, сказал Батиш. «Если мы видим сигнал для красного и зеленого в одном и том же месте, который в образце отображается как желтый (комбинация зеленого и красного), мы знаем, что это линейная РНК. Если в нем нет красного, он должен быть круглым РНК.”
Этот метод позволил им одновременно визуализировать линейную и кольцевую РНК в пределах одной клетки.
“Впервые мы поняли, что РНК с одинаковой генетической последовательностью может иногда выполнять две роли, в данном случае и как супрессор рака, и как промотор рака, и что это изменение роли происходит на уровне РНК”, сказал Батиш. “Идентификация этой новой генетической единицы открывает новые возможности для понимания генетики рака и роли циррНК в биологии рака”.
И поскольку создается уникальное соединение, где концы циррНК объединяются, Батиш сказал, что они могут разработать протоколы лечения для уникальной нацеливания на кольцевую РНК, но оставить линейную РНК в покое. Это может обеспечить путь к целевому лечению, чтобы не дать кольцевой РНК отключить эффект подавления рака в организме.
В то время как это исследование было сосредоточено на опухолях соединительной и мягких тканей или таких заболеваниях, как мезенхимальные опухоли, Батиш сказала, что методика, разработанная в ее лаборатории, может быть использована при любом раке, потому что у каждого рака есть кольцевая РНК.
Батиш планирует провести эксперименты, чтобы увидеть, происходит ли то, что они наблюдали на клеточном уровне, в образцах тканей. По ее словам, изучение этого выражения как в здоровой, так и в больной ткани поможет ей лучше понять биосигнатуру кольцевой РНК.
«Если мы сможем показать, что он сохраняется в образцах, которые не учитываются и не обрабатываются должным образом, это имеет реальную ценность. Это потому, что круговая РНК выражена дифференциально, то есть мои легкие будут экспрессировать круговую РНК, отличную от моего мозга и других тканей или органов,” сказала Батиш.
“Итак, представьте, что если у вас есть эта биосигнатура, и вы можете взять кровь у пациента и посмотреть, какие у него круговые РНК, вы сможете определить, какой тип рака у человека по этим маркерам, вместо того, чтобы отправлять пациента для визуализации. или другое тестирование. Люди работают над этим исследованием, так что посмотрим”.
Батиш также хочет изучить, присутствует ли круговая РНК, обнаруженная в опухолях, в клеточных сигнальных молекулах, известных как внеклеточные везикулы. Она описывает эти пузырьки как буквы, пакеты FedEx, которые ячейки соединяют и доставляют в соседние ячейки, чтобы сообщить им, что происходит поблизости.
“Одна мысль состоит в том, что рак может фактически захватить эту систему доставки, добавляя «ложные новости» в пакеты, которые сообщают соседним клеткам, что все в порядке в их клетке, и в то же время создает микросреду, в которой рак может расти”, – сказала она.
Поскольку каждый рак начинается с одной отдельной клетки, Батиш хочет исследовать роль, которую круговая РНК может играть в этом сообщении. Это может обеспечить путь для понимания того, как межклеточная связь используется опухолевыми клетками.
Она также хочет разработать инструменты, позволяющие получать живые изображения кольцевой РНК в клетках. Работая в сотрудничестве с Джеффом Капланом, директором Центра биоизображения в Институте биотехнологии штата Делавэр, Батиш изучает способы добавления в ячейку «своего рода устройства слежения», которое позволило бы им следить за сигналом в режиме реального времени в виде кругового сигнала. РНК формируется.
«Это было бы действительно потрясающе, если бы мы могли это сделать», – сказала Батиш.
