Ny metode afslører vigtigheden af at holde en god nukleær RNA hygiejne

Et centralt spørgsmål i biologien er, hvordan celler oversætter deres genetiske information til funktionelt RNA og protein. Forskere fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik på Aarhus Universitet har udviklet en ny teknologi til at studere reguleringsprincipper for genekspression. Ved at anvende denne metode på bagegær fandt de, at RNA'er, der ikke eksporteres fra deres syntesested i cellekernen, hurtigt nedbrydes. Dette giver et nyt reguleringsprincip i den komplekse proces af genekspression.

29.08.2018 | Lisbeth Heilesen

Nukleært mRNA har en 'A-hale' i enden. Under normale forhold (venstre panel) binder proteinet Nab2 til A-halen, hvilket beskytter RNA mod nedbrydning og gør det muligt at blive eksporteret til cytoplasmaen ved hjælp af proteinet Mex67. Under eksportblokeringstilstande (højre panel) binder Nab2 til RNA A-haler, som akkumuleres i kernen, hvilket gør at ny-producerede RNA’er er mindre beskyttede og derfor bliver nedbrudt i cellekernen af enzymer, der angriber dem fra A-hale enden. Figur: Manfred Schmid.

Alle levende celler er små fabrikker, som konstant producerer nye proteiner og genbruger gamle. Information om arten og mængden af producerede proteiner indkodes i en celles genom og dekodes til proteiner i en kompleks kæde af hændelser kaldet "genekspression". Denne proces varierer mellem celletyper og vækstbetingelser og bestemmer derfor identiteten af de enkelte celler. Stram kontrol over genekspressions­processen er derfor af afgørende betydning for alt liv.

I to studier har forskerne nu opdaget et nyt aspekt af genekspression, der retter sig mod det såkaldte messenger RNA (mRNA). mRNA'er er kopier af individuelle gener, som bærer den genetiske information fra genomet, der befinder sig i cellekernen, til stedet hvor proteinsyntese foregår i cytoplasmaen. Transporten af mRNA fra kernen til cytoplasma er derfor et centralt led i genekspression.

I de nye studier undersøgte forskerne den cellulære rolle af et protein kaldet Mex67, som transporterer mRNA fra kernen til cytoplasmaen. Ganske uventet forårsagede en nedregulering af Mex67 fra cellekernen ikke bare til den forventede fuldstændige blokering af mRNA-nuklear eksport, men også til et dramatisk fald i cellulær mRNA-produktion. Den samme fænotype blev observeret ved nedregulering af andre mRNA eksportfaktorer, og udgør således et generelt fænomen. På dette tidspunkt var det imidlertid ikke klart, om det observerede fald i mRNA-produktionen skyldtes en defekt ved transkribering af nyt mRNA fra den genomiske skabelon eller på grund af en hurtig nedbrydning af nyligt transkriberet RNA.

For at finde ud af hvilke af disse muligheder var i spil, blev der udviklet en metode til samtidig måling af transskription, RNA-niveauer og RNA-nedbrydning fra de samme celleprøver. Dette viste, at defekten i de eksportblokerede celler hidrørte fra en utilsigtet hurtigt mRNA-nedbrydning i kernen. Resultaterne er i tråd med tidligere konstateringer, at mRNA er labilt i cellekernen, hvor det kræver tæt beskyttelse fra dedikerede proteiner for at afværge nukleære RNA-nedbrydningsfaktorer. Under betingelser med svækket eksport bliver sådanne beskyttelsesfaktorer begrænsende, hvilket betyder, at nyligt syntetiseret mRNA udsættes for nedbrydning. Tidligere undersøgelser identificerede proteinet Nab2 (som binder den såkaldte 3'ende) som en vigtig beskyttelsesfaktor. I lighed hermed viste de nye undersøgelser, at Nab2 også er en afgørende faktor under eksportblokering. Her bliver proteinet udtitreret og derfor mangelfuldt, hvilket forklarer den observerede hurtige mRNA-nedbrydningsfænotype (se figur).

Den opdagede nedbrydning af eksport-defekt mRNA tilvejebringer et nyt princip kaldet "nukleær hygiejne", som påbyder celler at forhindre unaturlig ophobning af mRNA i deres kerner for at undgå, at de forstyrrer normal cellulær funktion. Herudover tyder arbejdet på, at kontrol af balancen mellem nukleær mRNA nedbrydning og eksport kan udnyttes af celler som et middel til at regulere genekspression.


De to projekter, som netop er blevet offentliggjort online i Cell Reports, blev udført af teamleder Manfred Schmid sammen med postdoc Agnieszka Tudek fra Torben Heick Jensens laboratorium ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet i et samarbejde med forskere fra University of Edinburgh, UK.


Mere information

Team leader Manfred Schmid og professor Torben Heick Jensen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
ms@mbg.au.dk, thj@mb.au.dk – 60202705 – http://www.mRNP.dk

Forskning