Et årtier gammelt mysterium i RNA-processering er løst

Genekspression begynder med transkriptionen af RNA, som efterfølgende skal bearbejdes, før det kan forlade cellekernen og bruges til at danne protein. Det er dog langt fra alle RNA-molekyler, der når så langt. Mange transkriptionsprocesser afsluttes tidligt og danner korte RNA-molekyler, som straks nedbrydes. De RNA-molekyler, der undgår denne skæbne, kan fortsætte med at vokse gennem transkriptionen og gennemgår en række bearbejdningsprocesser. En af disse er splejsning, hvor mellemliggende sekvenser – såkaldte introns – fjernes, så der dannes modne og funktionelle RNA-molekyler.

Den manglende forbindelse

RNA-splejsning er en af de mest omfattende undersøgte processer inden for genekspression, men ét spørgsmål har stået ubesvaret i årtier: Hvad er det særlige ved splejsningen af det første intron? For mere end 30 år siden viste forskere, at cap-binding complex (CBC), som binder til 5'-enden af nydannet RNA, fremmer splejsningen af det første intron i både gær og mennesker. Præcis hvordan CBC kommunikerer med splejsningsmaskineriet, har imidlertid været uklart.

Et nyt studie ledet af ph.d.-studerende Marion Le Rest identificerer nu den manglende forbindelse: ZC3H18, et CBC-associeret protein, som hidtil primært har været forbundet med nedbrydningen af RNA fra transkriptioner, der afsluttes tidligt.

Projektet begyndte, da seniorpostdoc Will Garland uventet observerede, at en hurtig fjernelse af ZC3H18 førte til en ophobning af usplejsede introns – særligt i begyndelsen af RNA-molekylerne. Will gik derefter sammen med Marion og bioinformatiker Jérôme Rouvière for at undersøge, om ZC3H18 kunne have en hidtil ukendt rolle i splejsning.

Efterhånden som projektet udviklede sig, sluttede forskere fra laboratorierne hos Edouard Bertrand i Montpellier, Jens Andersen i Odense og Elena Conti i München sig til arbejdet. De bidrog med komplementær ekspertise inden for RNA-biologi, massespektrometri, biokemi og strukturbiologi. Samlet gav arbejdet afgørende evidens for, at ZC3H18 er den manglende molekylære forbindelse mellem CBC og splejsningsmaskineriet.

Et protein med to roller

Forskerne fandt i fællesskab, at ZC3H18 interagerer direkte med flere proteiner, der er involveret i splejsning, og at forstyrrelser af disse interaktioner hæmmede splejsningen af det første intron.

Men ZC3H18 har som nævnt også en anden funktion. Det viste sig nemlig, at det samme område af ZC3H18, som interagerer med splejsningsfaktorer, også binder til ZCCHC8 – en komponent i nuclear exosome targeting complex (NEXT), som bidrager til nedbrydningen af RNA.

Forskerne viste, at disse interaktioner gensidigt udelukker hinanden. Det tyder på, at ZC3H18 enten kan koble sig til splejsningsmaskineriet eller til maskineriet for RNA-nedbrydning. Dermed befinder proteinet sig overraskende nok i skæringspunktet mellem to vidt forskellige skæbner for RNA. På den ene side kan det hjælpe med at dirigere uønsket RNA mod nedbrydning. På den anden side kan det fremme den produktive modning af RNA ved at understøtte fjernelsen af det første intron (se figur).

Fra tidlig RNA-nedbrydning til splejsning af det første intron

Nydannede RNA-molekyler menes indledningsvist at associere med ZC3H18 og NEXT-komplekset, som fremmer deres nedbrydning, hvis transkriptionen afsluttes for tidligt. Efterhånden som transkriptionen fortsætter, og det første intron dannes, rekrutterer ZC3H18 i stedet splejsningsfaktorer, som fremmer splejsningen af det første intron og dermed understøtter den videre modning af RNA.

Samlet forklarer resultaterne endelig, hvordan CBC fremmer splejsningen af det første intron, og afslører samtidig en hidtil ukendt forbindelse mellem cellens kvalitetskontrol af RNA og modningen af RNA.

Mere overordnet afdækker studiet et nyt trin i genekspressionen, hvor celler allerede fra de tidligste stadier kan benytte konkurrerende molekylære maskinerier til at afgøre, om nydannede RNA-molekyler skal nedbrydes eller fortsætte processen mod at blive modne og funktionelle molekyler.