Отзыв Эмили Хендерсон, бакалавр наук 12 апреля 2020 года

У всех организмов есть ДНК, генетический материал, который обеспечивает план на всю жизнь. Длинные молекулы ДНК в форме двойной спирали в клетках организма сначала транслируются в молекулы РНК, а затем транслируются в белки, которые обеспечивают функционирование клетки и всего организма. Но есть большие части ДНК, которые не используются для производства белков. Это называется «мусорной ДНК», потому что ее функция долгое время оставалась неясной. Тем не менее, было показано, что определенный тип нежелательной ДНК, которая встречается у комаров и которая повторяется десятки раз, известная как «спутниковая ДНК», играет существенную роль в раннем развитии эмбрионов комаров.

Исследователи из университетского медицинского центра Радбуда опубликовали свои выводы в научном журнале Nature .

Раннее развитие

Все животные – за исключением этого исследования, а именно комара желтой лихорадки Aedes aegypti – состоят из множества типов клеток, которые образуют различные ткани и органы, происходящие из одного оплодотворенного яйца. Это сложный процесс; для того, чтобы оплодотворенная яйцеклетка успешно развивалась в зародыш, мать не только обеспечивает половину наследственной ДНК, но также снабжает яйцо дополнительными белками и РНК.

Эти РНК и белки являются существенными дополнениями, потому что эти молекулы направляют первые клеточные деления оплодотворенной яйцеклетки. Только после ряда клеточных делений потенциальный комар может производить белки и РНК, которые будут стимулировать дальнейшее развитие. В то же время добавленные матерью белки и РНК должны разрушаться во времени, чтобы они не мешали последующему развитию комара.

Оркестрирующие РНК

Оказывается, что определенный фрагмент сателлитной ДНК у зарождающегося эмбриона комаров отвечает за разрушение материнской РНК. Но как это работает? Исследователи из лаборатории профессора Рональда ван Рейя, в основном из них к.т.н. Кандидат Ребекка Халбах обнаружила, что заикающаяся ДНК производит две маленькие молекулы РНК. Это происходит на самых ранних стадиях эмбрионального развития комара. Тем не менее, эти небольшие молекулы РНК не производят белка. Эти РНК регулируют активность других фрагментов РНК, которые кодируют белки. В этом случае они будут связываться с молекулами материнской РНК, которые затем будут разрушаться. Этот шаг настолько важен, что отсутствие этих «регуляторных РНК» приведет к постоянному присутствию молекул РНК матери, что нарушит последующее развитие эмбриона.

Спутники и динозавры

Ван Ридж подчеркивает, насколько необычным было это исследование.

Во время этого исследования мы сделали несколько совершенно неожиданных открытий. Хотя сателлитная ДНК была впервые обнаружена шестьдесят лет назад, о ее функции известно мало. В этом исследовании мы обнаружили, что на самом деле он играет очень важную функцию во время критической фазы развития. "

Профессор Рональд ван Ридж

Стало также очевидным, что этот механизм довольно стар с точки зрения эволюции. Ван Ридж: «Вместе с исследователями из Университета Вагенингена мы исследовали большую группу видов комаров. Это показало нам, что эта спутниковая ДНК и специфические регуляторные РНК возникли около 200 миллионов лет назад, что было в конце триасового периода, эпохи, в которой совпало с ростом динозавров. Я думаю, это здорово, что эти маленькие РНК так долго не изменялись. Это также говорит о том, что они выполняют важную функцию ».

От комара до человека?

Существуют явные сходства между первыми этапами эмбрионального развития различных видов животных, но существуют большие различия на молекулярном уровне. Этот конкретный фрагмент заикающейся ДНК не обнаружен у людей, но возможно, что другая сателлитная ДНК играет роль в эмбриональном развитии людей или других животных.

Фон: случайное обнаружение

Это исследование основано на случайном открытии. Aedes aegypti – это комар, который передает важные патогены, такие как вирус денге и вирус Зика. Исследовательская группа Ван Риджа исследует, как эти типы вирусов передаются комарами. «Мы проводим много исследований иммунной системы комаров против вирусов», – говорит Ван Ридж. «Эта иммунная система распознает РНК вируса и разбивает ее на мелкие фрагменты. Во время анализа фрагментов РНК в инфицированных вирусом клетках исследователи Паскаль Мизен и Ребекка Хальбах случайно наткнулись на небольшие молекулы РНК, которые не происходили из вируса. Маленькие РНК, как оказалось, были получены из сателлитной ДНК из самой клетки. Мы обнаружили, что это настолько замечательно, что мы решили продолжить исследования. После пяти лет исследований – что частично стало возможным благодаря гранту NWO Vici – привело к публикации Nature . "