Запрограммированная смерть клеток — апоптоз — это фундаментальный и строго регулируемый процесс, который происходит во всех высших организмах. Это, например, важно для нормального эмбрионального развития, во время которого лишние клетки должны утилизироваться упорядоченным образом.
Барбара Конрад (профессор клеточной биологии и биологии развития в LMU) и ее команда изучают роль апоптоза во время эмбриогенеза у нематодного червя Caenorhabditis elegans, хорошо зарекомендовавшей себя экспериментальной модели. Теперь они показали, что небольшие фрагменты РНК, так называемые микроРНК, выполняют важную функцию в регуляции апоптоза в этой системе — они несут ответственность за сохранение предшественников нервной системы. Новое исследование опубликовано в журнале Genes and Development.Во время эмбриогенеза C. elegans стереотипная серия клеточных делений дает начало клеткам-предшественникам, потомки которых продолжают дифференцироваться и формировать специфические ткани и органы, такие как нервная система.
Всего образуется 1090 клеток, 118 из которых уничтожаются до того, как червь вылупится из яйца. Разрушение этих специфических клеток начинается с активации гена egl-1, который кодирует так называемый Bcl-2-подобный белок и способствует апоптозу. Кодирующая последовательность egl-1 в ядерной ДНК затем транскрибируется в молекулы информационной РНК. Они экспортируются из ядра в окружающую цитоплазму и доставляются в рибосомы, которые транслируют информацию в соответствующий белок EGL-1. «Мы смогли показать, что определенные микроРНК ингибируют этот процесс, вызывая разрушение мРНК egl-1», — говорит Конрад. «Это гарантирует, что ни одна клетка-предшественник не погибнет до того, как она успеет произвести дочерние клетки, необходимые для продолжения ее происхождения».
микроРНК — это короткие фрагменты РНК, которые играют важную роль в регуляции экспрессии генов. Они связываются со специфическими мРНК на основе своей нуклеотидной последовательности, тем самым предотвращая их связывание с рибосомами и маркируя их для деградации. «Мы впервые смогли количественно определить — на уровне отдельной клетки — как определенные микроРНК влияют на уровни целевой мРНК в ходе эмбрионального развития», — объясняет Конрад. «Это уникальное в нашем исследовании». Исследованные клетки-предшественники делятся, давая дочерние клетки, которые различаются по размеру. Меньшая дочь подвергается запрограммированной гибели клеток, а большая дочь превращается в нейрон.
Когда группа Конрадта генетически заблокировала производство определенных микроРНК, уровень мРНК egl-1 в клетках-предшественниках — и, следовательно, предположительно количество продуцируемого белка-киллера — значительно вырос. «В зависимости от клеточного происхождения и характера используемой мутации до 80% клеток-предшественников умерли, не успев разделиться», — говорит Конрад.В нормальных условиях, когда клетка-предшественник делится, функциональные микроРНК, унаследованные меньшей дочерней клеткой, быстро инактивируются.
В течение нескольких минут уровень мРНК egl-1 резко повышается, что позволяет синтезировать большое количество белка-киллера — и в течение 30 минут клетка мертва. «Как регулируется инактивация микроРНК во время этого быстрого перехода, пока не известно», — говорит Конрад. — Таким образом, можно с уверенностью сказать, что пространственная и временная регуляция микроРНК будет в центре внимания будущих исследований лаборатории Конрадта.