Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Millioner af små RNA’er tegner et større billede af menneskers genaktivitet

Forskere har opdaget oprindelsen af en ny gruppe af små RNA’er (sRNA’er), der indeholder genetisk information. Denne opdagelse kan føre til en bedre forståelse af, hvordan menneskelige gener er kontrolleret, og med denne viden vil det en dag være muligt for forskere at regulere nogle af de gener, der forårsager forskellige sygdomme.

08.08.2011 | Lisbeth Heilesen

To af forskerne, der har opdaget oprindelsen af en ny gruppe af små RNA’er, der indeholder genetisk information. Fra venstre: Peter Refsing Andersen og Torben Heick Jensen. Klik foto for større udgave. Foto: Lisbeth Heilesen

Figur. Forslag til metode for produktion af en type af korte RNA’er. Til venstre: RNA polymerase (RNAPII) (grå cirkel) kopier DNA (sort linje) ind i mRNA (rød linje), mens den går i retningen vist med den orange pil. Efter den blev stoppet (’Boing! ') - muligvis som et resultat af en kollision med et DNA-bundet protein – kan RNAPII frigøre sig fra de DNA før afslutningen af mRNA produktion (til højre), hvilket resulterer i, at RNA bliver angrebet fra 5'-enden af nedbrydningsenzymerne XRN1 og/eller XRN2 (lilla hoved). Kun den del af RNA’et, som er beskyttet inde RNAPII forbliver intakt og kan påvises eksperimentelt. Figur: Pascal Preker

Det internationale forskerhold har givet sandsynlige forklaringer på oprindelsen af ??en stor gruppe små RNA’er (sRNA’er), molekyler der har forvirret forskningsverdenen lige siden de oprindeligt blev opdaget. I deres undersøgelse, der bliver publiceret i denne uges udgave af det ansete tidsskrift Nature Structural and Molecular Bigoloy, viser forskerne, at sRNA’er fra menneskelige gener i vid udstrækning fungerer som et nedbrydningsmellemled for længere RNA’er. De viser ligeledes, at enzymer er ansvarlige for denne nedbrydning.

Baggrundsinformation
Det plejede at være så let: I årtier blev ribonukleinsyre (RNA) betragtet som et polymert molekyle, hvis rolle blandt andet var at fungere som en budbringer (derfor også kaldet messenger (budbringer) RNA – mRNA), der sender den genetiske information, der er indeholdt i DNA’et inde i cellekernen til ydersiden, som en oversættelsesskabelon for produktion af proteiner. For sin egen produktion – i en proces kaldet transskription – er mRNA afhængig af en molekylær maskine, den såkaldte RNA polymerase II (RNAPII).

Seneste teknologiske fremskridt gør det nu muligt at undersøge det samlede cellulære RNA’s indhold i en hidtil uset dybde. De to mest brændende spørgsmål har været oprindelse og formål – hvis overhovedet noget – for et meget talrigt og forskelligartet sæt RNA’er, der ligesom mRNA stammer fra gener, men er i modsætning til mRNA meget kortere: Disse sRNA’er er kun op til ca. 25 nukleotider lange, mens mRNA nemt kan nå længder med tusindvis.

Små RNA’er: kun drivtømmer?
Ved at undersøge millioner af sRNA’er – nogle fra celler uden RNA nedbrydningsenzymer (fx Xrn1 og Xrn2) for at gøre nedbrydningsmellemleddet mere stabilt, og nogle fra specifikke cellulære rum – blev den sandsynlige oprindelse for sRNA’erne fastslået. For at få et mere mekanistisk indblik blev disse resultater sammenlignet med tidligere offentliggjorte kort over placeringen af ??RNAPII og de store DNA strukturer, nukleosomer.

Når mRNA produceres, passerer dets forende gennem en tunnel dannet af RNAPII selv. Faktisk svarer den maksimale længde for sRNA (omkring 20 nukleotider) nøjagtigt til det antal nukleotider, tunnelen kan rumme. Disse resultater tegner et billede af, at en anselig del af sRNA’erne genereres, når transskriptionen er afbrudt, og den ufærdige mRNA bliver angrebet af nedbrydende enzymer, mens den stadig er knyttet til RNAPII, og efterlader kun de ca. 20-nucleotidfragmenter, som er beskyttet i tunnelen (se figur).

Det har været kendt et stykke tid, at transskription er særlig tilbøjelig til at mislykkes tidligt i forløbet, og det er faktisk her, mange sRNA’er stammer fra. Forskerne kunne også identificere mange sRNA’er, der stammer fra lokaliteter længere nede i genet som biprodukter ved en proces kaldet splejsning – et andet forløb der er afgørende for produktionen af de fleste funktionelle mRNA’er, eller som rester af fejl i denne proces.

Som prikken over i’et identificerede forskerholdet både nogle af de splejsnings-associerede sRNA’er og sRNA’er fra selve enderne af protein-kodende gener som sjældene underarter af sRNA’er, der viser tegn på at være funktionelle, da de var forbundet med de såkaldte Argonaute proteiner, som formidler de genregulerende funktioner af microRNA'er.

Generelt set støtter disse nye observationer den opfattelse, at mange mRNA’er er ufærdige og i stedet hurtigt bliver kasseret. Men denne proces er ikke spild, da den er en af de mange måder cellerne beskytter sig mod de potentielt skadelige virkninger af defekte mRNA’er, tro mod forsigtighedsprincippet "Better safe than sorry" (Det er bedre at være på den sikre side).

Forskerne ser nu frem til at studere disse mekanismer nærmere i form af både undersøgelser af genomet generelt og mere tilbundsgående studier af udvalgte gener – en indsats forskerne håber vil afsløre, hvordan RNAPII styres på et tidligt stadium af transskriptionen.


Forskningen blev udført i et ligeligt samarbejde mellem de to grupper ledet af dels professor Torben Heick Jensen, centreleder for Center for mRNP Biogenese og Metabolisme, Institut for Molekylær Biologi og Genetik, Aarhus Universitet og dels lektor Albin Sandelin fra Københavns Universitets Bioinformatik Center, Biologisk Institut og Biotech Research and Innovation Centre (BRIC). Førsteforfatterskabet deles mellem postdoc Eivind Valen (BRIC) samt postdoc Pascal Preker og specialestuderende Peter R. Refsing (begge fra Center for mRNP Biogenese og Metabolisme). Professor Gunter Meister og medlemmer af hans gruppe ved Institut for Biokemi, University of Regensburg, deltog ligeledes i samarbejdet.

Mere information

Professor Torben Heick Jensen
Center for mRNP Biogenese and Metabolisme

Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
thj@mb.au.dk
, 6020 2705

Tekst: Peter Refsing, Torben Heick Jensen og Lisbeth Heilesen

Offentligheden / Pressen, Institut for Molekylærbiologi og Genetik