В последние годы достижения в технологии секвенирования позволили детально исследовать молекулы РНК, которые активны в клетке. Исследование, опубликованное 6 июля в журнале Oncotarget, сообщает о недавно открытой категории фрагментов тРНК, а также показывает, что все тРНК являются богатыми источниками очень разнообразных коротких молекул, характеристики которых зависят от пола, населения и расы человека и различаются в зависимости от ткани. и тип заболевания. «Открытие имеет потенциальные последствия для точной медицины, поскольку оно показывает, что идентичность молекул, которые активны в данной комбинации ткани и заболевания, определяется большим количеством переменных, чем считалось ранее», — сказал Исидор Ригутсос, доктор философии, директор Центр вычислительной медицины (CMC) в Университете Томаса Джефферсона.В течение последних нескольких лет исследования на линиях клеток человека показали, что геномные локусы, кодирующие тРНК, дают начало более коротким фрагментам тРНК («tRF»).
До настоящего времени были известны четыре категории фрагментов тРНК, последовательности которых являются сегментом зрелой тРНК. Две из категорий — это «половинки 5´ тРНК» и «половинки 3´ тРНК». Половинки возникают из зрелой тРНК в результате расщепления на антикодоне, который расщепляет тРНК на две части, каждая длиной 30-35 нуклеотидов (нт).
Две другие категории — это «5´-tRF» и «3´-tRF», каждая примерно по 20 нт в длину. Начало 5´-tRF совпадает с началом зрелых тРНК.
Аналогично, конец 3´-tRFs совпадает с концом зрелых тРНК.Интерес к изучению фрагментов тРНК быстро растет, поскольку исследования показали, что фрагменты играют регуляторную роль и участвуют в отдельных фрагментах в клеточных процессах, таких как инициация трансляции, ответ на вирусную инфекцию, ответ на повреждение ДНК и т. Д. Действительно, недавно члены ОМЦ Джефферсона сообщили, что половинки тРНК участвуют в пролиферации клеток в гормонально-чувствительных раковых опухолях, таких как рак груди и простаты.«Предыдущая работа над фрагментами тРНК в геномах человека и мыши была основана на модельных клеточных линиях и была сосредоточена на тРНК, кодируемых ядерным геномом», — сказал д-р Ригутсос. «Мало что было известно о фрагментах тРНК в тканях человека или о фрагментах тРНК, кодируемых митохондриями. Наши недавние сообщения о том, что ядерные геномы человека и других приматов содержат множество последовательностей, которые выглядят как митохондриальные тРНК, подсказали нам, что мы должны включить митохондриальные тРНК в эти анализ." Команда под руководством Ригутсоса приступила к изучению фрагментов тРНК, проанализировав данные сотен людей, как здоровых людей, так и пациентов.
В частности, команда добыла две коллекции транскриптомных данных. Первая коллекция включала данные из линий лимфобластоидных клеток 452 здоровых мужчин и женщин, которые представляли две расы и пять человеческих популяций. Вторая коллекция включала данные 311 вручную курированного рака груди и нормальных образцов из репозитория Атласа генома рака в Национальном институте здравоохранения (NIH).
В более ранней работе исследователи показали, что ядерный геном человека пронизан двойниками тРНК и короткими последовательностями, напоминающими части тРНК. В свете этих результатов и поскольку тРНК сами по себе являются повторяющимися последовательностями, команде пришлось разработать сложную и строгую схему, с помощью которой они картировали чтения глубокого секвенирования. «Мы потратили много времени, почти половину проекта, на оптимизацию нашего подхода к картированию», — сказал Ригутсос.
Во-первых, анализ выявил новую категорию фрагментов тРНК. В отличие от четырех ранее известных категорий, фрагменты этой новой категории начинаются и заканчиваются внутри последовательности зрелой тРНК. Следовательно, команда назвала их «внутренние фрагменты тРНК» или для краткости «i-tRFs». I-tRFs имеют множество квантованных длин и могут начинаться и заканчиваться где угодно на протяжении зрелой тРНК.
Команда также обнаружила, что тРНК, кодируемые митохондриями, так же как и кодируемые ядром, являются очень богатыми источниками фрагментов. Фактически, митохондриальные тРНК дают начало всем пяти категориям фрагментов, как и ядерные тРНК. Интересно, что митохондриальные фрагменты характерно отличаются по атрибутам длины от их ядерно-кодируемых аналогов.
Анализ также показал, что популяции сгенерированных фрагментов и атрибутов тРНК, такие как количество фрагментов, длина фрагментов, а также начальная и конечная точки фрагментов, зависят от расы, населения и пола человека. Примечательно, что команда также обнаружила, что атрибуты этих фрагментов меняются между тканями, между здоровыми людьми и пациентами, а также между подтипами заболеваний. Неожиданно новая категория внутренних фрагментов тРНК вносит значительный вклад в различия, наблюдаемые между расами, популяциями, полами и тканями.Стоит отметить, что профили экспрессии фрагментов тРНК в данной ткани сохраняются у десятков людей, если они принадлежат к одной расе, популяции и полу.
Это говорит о том, что фрагменты имеют конститутивную природу. Здоровые образцы также показывают, что данная тРНК будет давать разные фрагменты в разных тканях. С другой стороны, в данной ткани одни и те же последовательности тРНК будут продуцировать разные фрагменты при здоровье и заболевании и для разных подтипов заболевания.
«В прошлом году мы сообщили об аналогичных результатах для изоформ микроРНК. Мы не знали, будут ли фрагменты тРНК вести себя таким же образом», — сказал д-р Ригутсос. «Наличие второй категории регуляторных некодирующих РНК, зависящих от характеристик человека, означает вновь признанную сложность. В то же время, похоже, у нас есть еще один способ изучения болезни, который учитывает пол пациента, а также расовое и популяционное происхождение. . "