Новые знания о взаимодействиях РНК-мессенджеров и микро-РНК при развитии мозга

By Зоя Маркевич No comments

brain
                Предоставлено: Wikimedia Commons.

Одной из больших проблем в нейробиологии является классификация клеток, которая усугубляется тем фактом, что один и тот же тип клеток может выглядеть по-разному в зависимости от метода анализа, используемого для его классификации — будь то по форме клетки, профилю экспрессии гена, электрофизиологическому срабатыванию картина, или избирательная уязвимость к определенным заболеваниям.
                                                                                       

«В мозге существует множество отдельных типов клеток, и мы не знаем, как их идентифицировать», — сказал Кеннет С. Косик, профессор нейробиологии Гарриман в отделении молекулярной, клеточной и развивающей биологии в Калифорнийском университете в Санта-Клаусе. Барбара и содиректор Института нейробиологии в кампусе. В классификационных парадигмах, которые фокусируются на том, какие гены выражают себя, чтобы определить тип клеток, исследователи смотрят на РНК-мессенджер (мРНК). Но в проекте, описанном в статье «Регуляция транскриптомов, специфичных для типа клеток, с помощью сетей микроРНК во время развития мозга человека», «Косик и его соавторы» привели к проблеме классификации дополнительный параметр — микроРНК (микроРНК). Исследователи ранее не рассматривали miRNAs на уровне отдельных клеток, чтобы получить специфичность к типу клеток «. Если ДНК является архитектором, имеющим генетический план для репликации видов, то РНК является строителем на местах, ответственным иногда за инициирование, а иногда за выполнение или делегирование множества процессов, необходимых для создания полностью реализованных живых форм.

Основные задачи, за которые отвечает мессенджер РНК, включают считывание генетической информации из ДНК и перевод ее в белки, которые запускают фабрику по производству клеток. РНК также играет роль в регулировании процесса клеточного производства, что особенно важно для обеспечения правильной экспрессии генов и производства клеток в правильных количествах.

В своей регуляторной роли мРНК имеет незаменимого помощника — микроРНК (микроРНК), которая работает для предотвращения чрезмерной пролиферации определенных типов клеток. Такое перепроизводство «может иметь последствия при заболеваниях, которые имеют пренатальное происхождение, таких как ASD [расстройство аутистического спектра]», сказал соавтор Махди Голкарам, ученый-биоинформатик из Иллюмина, получивший степень доктора философии. в области машиностроения в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре в 2018 году.

Взаимодействия между мРНК и микроРНК являются предметом статьи. Исследователи стремились понять сложную взаимосвязь между этими двумя аспектами, зависящую от времени и контекста, и то, как дисбаланс между ними может быть связан с внутриутробно сформировавшимся заболеванием в мозге человека.

«Лучшее понимание того, как мРНК и микроРНК работают вместе, и как это выглядит при нормальном развитии клеток и экспрессии генов, было бы полезно для понимания и решения ряда пренатально развитых заболеваний и расстройств», — сказал Голкарам.

В целом он объяснил, что когда мРНК и миРНК находятся в нужном месте и функционируют правильно, как «двудольная» сеть, они ингибируют трансляцию генов и продукцию белков, чтобы предотвратить нездоровый переизбыток клеток любого типа. Но если они не функционируют должным образом, например, когда миРНК подавлена ​​и не может ингибировать трансляцию гена, результатом может быть сверхэкспрессия одного или нескольких генов и неконтролируемая продукция определенных клеток. Голкарам отметил, что рак — самая известная из возникающих патологий.

«Во взаимодействии между этими двумя различными способами каждая РНК-мессенджер может быть направлена ​​на множество микро-РНК и наоборот», — сказал Голкарам. «Но взаимодействия мРНК и микроРНК не образуют случайно соединенную сеть. Сеть содержит сообщества — вы можете думать о них как о кластерах — и если вы посмотрите на конкретный кластер, который содержит набор как мРНК, так и микроРНК и был извлечен из сети вы можете видеть, что кластер обогащен в разной степени в разных типах клеток. Таким образом, членами этого кластера являются мРНК и микроРНК, экспрессия которых, как известно, регулируется вверх или вниз в этих типах клеток. из ваших кластеров не работает должным образом, вы можете изменить баланс против или в пользу этого типа клеток, и это может привести к болезни. «

Биологи изучали небольшие некодирующие miRNAs в течение десятилетий и знают, что, как правило, они служат для подавления избыточного производства белка, предотвращая трансляцию мРНК генетического кодирования. Поэтому они играют роль в тонкой настройке сигнальных путей, которые связаны с развитием мозга. Но их функция зависит от контекста, и он меняется по мере развития мозга и в зависимости от того, где они выражены.

До сих пор не существует техники для наблюдения всех экспрессий мРНК и микроРНК в отдельных клетках. Для этого проекта исследователи использовали метод одноклеточной КПЦР или количественную полимеразную цепную реакцию. По словам Голкарама, традиционно КПЦР использовался для популяций, а не для отдельных клеток. «Вы смотрите на множество клеток одновременно, и поведение, которое вы фиксируете, является средним для населения», — сказал он. «У вас нет разрешения видеть отдельные клетки, что очень важно здесь, потому что мы говорим о взаимодействиях мРНК-миРНК в определенных типах клеток. Таким образом, среднее или среднее поведение вашей популяции не является репрезентативным»./р>

Для этого проекта команды из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Сан-Франциско разработали индивидуальный процесс КПЦР, который может захватывать как мРНК, так и микроРНК в каждой отдельной клетке. «Это был важный шаг вперед», — сказал Голкарам. «Это помогло нам увидеть, что уровни экспрессии этих нацеливающих микроРНК очень специфичны для типа клеток».

Ученые использовали образцы пренатальных клеток мозга человека, собранные в соответствии со строгими этическими и правовыми нормами. Голкарам, работающий в лаборатории Линды Петцольд, его доктор философии. консультант, разработал подход машинного обучения для выявления и извлечения паттернов из хаотичной, шумной системы, содержащей миллионы точек данных, представляющих взаимодействия мРНК-миРНК. Затем они использовали шаблоны для разработки гипотез, которые экспериментальные группы в UCSB и UCSF протестировали в лаборатории.

Предыдущие, более общие гипотезы относились к тому, что экспрессия определенных типов РНК была выше или ниже в определенных типах клеток. «Но то, что мы сделали, — это посмотрели на все микро-РНК и мРНК одновременно, всего генома, а не просто собирали вишни с высокой точностью», — объяснил Голкарам.

Для этого он сказал: «Мы создали сеть, экспериментально идентифицировав набор мРНК, которые являются мишенями микроРНК, и соединив все миРНК с их идентифицированными мишенями. Это дало нам общую картину, позволяющую нам взглянуть на большая сеть и различные модули внутри нее. Некоторые кластеры являются репрезентативными для разных типов клеток, а некоторые микро-РНК демонстрируют специфическую для типа клеток экспрессию.

«Мы можем сказать:» Хорошо, в одном типе клеток экспрессия микроРНК будет модулироваться в определенном месте или в определенный момент времени, чтобы способствовать различным уровням регуляции в кластере, из которого они были выделены, » он продолжил. «Поэтому мы можем сравнить человека с расстройством аутистического спектра с здоровым человеком и увидеть, что у него разные уровни экспрессии этой микроРНК и разные уровни регуляции.

Исследователи использовали два метода, чтобы подтвердить, что кластер связан с РАС. Одним из них было сравнение уровней мРНК-миРНК в этом кластере у мышей, которые несут ген, связанный с РАС, с уровнями у здоровых мышей. Другой заключался в том, чтобы наблюдать значительное совпадение между миРНК и мРНК в этом кластере и теми, которые, как показали предыдущие исследования взрослых людей, были вовлечены в РАС. «Мы можем количественно оценить разницу в экспрессии miRNA и взаимодействиях мРНК-miRNA в здоровом и нездоровом мозге», — сказал Голкарам.

Наконец, он добавил: «Неоднородность типов клеток имеет решающее значение для способности организма выживать и процветать, и регулирование этого является ключом. Если мы хотим взглянуть на различные заболевания, имеющие пренатальное происхождение, и понять, что их вызывает, важно иметь механистическое понимание взаимодействий мРНК-миРНК. Это исследование говорит нам о том, что дисбаланс между типами клеток во время раннего развития может привести к этому заболеванию, а также, что этот дисбаланс возникает в результате этих двух режимов — мРНК и миРНК — неправильно выровненных . «

Исследование опубликовано в Nature Neuroscience ./p>

Добавить комментарий