Misteri molekuler terpecahkan: segmen RNA “tidak berguna” sebenarnya membantu sel melawan stres
Studi ini adalah yang pertama menunjukkan bahwa intron tRNA tertentu mempengaruhi ekspresi gen.
Para ilmuwan telah menemukan bahwa beberapa orang kecil RNA Segmen – dengan tepat dipecat sebagai “sampah” – memainkan peran fungsional dalam mengatur produksi RNA messenger dan membantu sel mengelola stres oksidatif.
Segmen -segmen ini, yang dikenal sebagai intron, adalah bagian dari subset transfer RNA (tRNA), yang sangat penting untuk merakit asam amino menjadi protein. Secara tradisional, intron ini dianggap tidak berfungsi karena dikeluarkan dari molekul tRNA sebelum tRNA dapat berpartisipasi dalam sintesis protein.
Namun, sebuah studi baru dari Universitas Negeri Ohio telah menunjukkan bahwa intron tertentu berikatan dengan daerah -daerah penting molekul yang menerjemahkan informasi genetik menjadi protein, memicu degradasi mereka dan dengan demikian menghentikan produksi protein. Dalam percobaan di mana sel -sel terpapar stres oksidatif, satu jenis intron tetap stabil luar biasa, menunjukkan bahwa intron ini mungkin menjadi bagian dari mekanisme kelangsungan hidup evolusi.
Pengamatan tak terduga selama bertahun -tahun membuat para ilmuwan menyelidiki peran fungsional untuk apa yang mereka sebut “fitRNA,” pendek untuk intron gratis dari tRNA: hubungan pengurutan yang tidak mungkin dengan molekul RNA lainnya, beragam metode yang digunakan oleh sel untuk membuangnya, dan ekspresi berlebih dari beberapa, tetapi tidak semua, intron dalam kondisi yang menegangkan.
“Tidak ada yang mengantisipasi fungsi untuk intron. Tetapi tidak masuk akal bagi saya bahwa mereka tidak akan memiliki fungsi dan sel yang berpikir harus ada enam atau lebih cara berbeda untuk menghancurkannya, ”kata penulis senior Anita Hopper, genetika molekuler Profesor di Negara Bagian Ohio.
“Mengapa sel ingin memperlakukan mereka secara istimewa jika mereka hanya sampah? Kami menyukai gagasan ini bahwa harus ada beberapa fungsi. Dan selama lima tahun terakhir, tim kami menyusun beberapa eksperimen yang sangat cerdas untuk membuktikannya. ”
Penelitian ini baru -baru ini diterbitkan di jurnal Sel molekul.
Mekanisme baru regulasi gen
Transfer RNA (tRNA) bekerja dengan messenger RNA (mRNA) untuk membangun protein dengan komplementaritas, yang berarti bahwa urutan tRNA berpasangan dengan urutan komplementer pada molekul mRNA untuk memastikan amino yang benar amino yang benar yang benar asam ditambahkan ke rantai saat protein sedang dibangun.
Menggunakan ragi sebagai model studi, tim Hopper melihat beberapa tahun yang lalu bahwa beberapa urutan intron yang dilumasi-off saling melengkapi dengan sekuens mRNA, menandakan intron mungkin penting untuk menerjemahkan kode genetik. Ada 10 keluarga tRNA yang mengandung intron, dan setiap keluarga intron dihancurkan dengan cara yang berbeda. Studi ini berfokus pada dua keluarga tersebut.
Para peneliti menemukan bahwa setelah dibebaskan dari tRNA, intron mengambang ini dengan urutan komplementer mengikat mRNA tertentu, yang menyebabkan mRNA berantakan sehingga produksi protein tidak dapat terjadi. Eksperimen mengkonfirmasi hubungan terbalik yang jelas: menghapus atau menginduksi ekspresi berlebih dari fitRNA yang menyebabkan peningkatan atau penurunan yang sesuai pada mRNA target, masing -masing.
Fungsi FitRNA tampak mirip dengan microRNA, segmen kecil RNA (juga pernah dianggap sampah) yang menghambat fungsi pembuatan protein gen-tetapi ada perbedaan yang signifikan, kata penulis pertama Regina Nostramo, seorang peneliti postdoctoral di Hopper's Lab.
MicroRNA berinteraksi dengan protein dari keluarga Argonaute untuk mendegradasi RNA messenger, “tetapi karena tidak ada protein Argonaute dalam ragi ini jenishal lain sedang terjadi dan RNA messenger masih terdegradasi. Jadi ini mekanisme yang sama, tetapi detail dari apa yang terjadi berbeda, ”kata Nostramo.
Ada perbedaan lain, Hopper mencatat: MicroRNA secara konsisten menempel pada area “benih” non-coding yang sama dari target messenger RNA mereka, tetapi intron yang dibebaskan mengikat bagian mRNA yang berisi instruksi pembangunan protein.
“Jadi ini bukan hanya RNA non-coding kecil yang baru ditemukan, tetapi juga beroperasi dengan cara yang baru,” katanya.
Mekanisme kelangsungan hidup yang potensial
Memiliki kekuatan untuk menghambat produksi protein menunjukkan intron memberi sel keuntungan, kata para peneliti. Rekan penulis Paolo Sinopoli, mahasiswa genetika molekuler tahun ketiga di Hopper's Lab, mengidentifikasi setidaknya 33 mRNA yang ditargetkan oleh satu keluarga intron yang dipilih untuk fokus dalam penelitian ini. Meskipun mereka tidak termasuk dalam satu kategori tunggal, protein yang terkena cenderung berhubungan dengan pembelahan dan reproduksi sel.
“Pertanyaan yang kami miliki adalah, 'Mengapa intron ada untuk memulai?'” Kata Sinopoli. “Kita melihat dari tRNA bahwa mereka ada pada manusia, pada tikus, lalat, dalam ragi. Jadi mereka hadir dalam semua organisme ini meskipun tampaknya tidak efisien – tetapi hal -hal yang tidak efisien dalam biologi cenderung tidak bertahan. ”
Kelimpahan dan stabilitas satu fitRNA dalam sel yang mengalami stres oksidatif memberikan petunjuk tentang pentingnya mereka bahwa tim akan terus mengejar dengan mengekspos sel untuk memanaskan stres, kelaparan, dan keadaan menantang lainnya.
“Mungkin sel menggunakan intron kecil ini sebagai regulator negatif ekspresi gen – karena mereka tidak dihancurkan dalam kondisi tertentu,” kata Hopper. “Mungkin mereka memiliki peran yang sangat kecil dalam kondisi sel yang sehat, tetapi di bawah tekanan, ketika beberapa dari mereka stabil, maka mungkin itu peran yang sangat penting.”
Referensi: “Intron gratis tRNA sebagai regulator ekspresi gen yang bergantung pada komplementaritas” oleh Regina T. Nostramo, Paolo L. Sinopoli, Alicia Bao, Sara Metcalf, Lauren M. Peltier dan Anita K. Hopper, 11 Februari 2025, Sel molekul.
Doi: 10.1016/j.molcel.2025.01.019
Pekerjaan ini didukung oleh Institut Kesehatan NasionalPersekutuan Sarjana Pelotonia dan Beasiswa Penelitian Sarjana Negara Bagian Ohio.
