Proces redagowania RNA zapewnia organizmom możliwość dostosowania instrukcji pochodzących z DNA. Artykuł opublikowany w Nature Communications pokazuje, że proces  jest bardziej złożony i  skomplikowany niż wcześniej zakładano. Badanie przeprowadzone na D. Melanogaster ujawniło dwa nowe mechanizmy regulujące redagowanie w kluczowym genie odpowiadającym za rozwój neuronalny. Ich opisanie daje nowe możliwości wpływu na proces redagowania RNA, co znajdzie zastosowanie na przykład w leczeniu chorób.

Badania przeprowadzono na genie para (kodującym ekspresję kanałów sodowych w neuronach) wykazały dwie istotne sekwencje wpływające na mechanizm redagowania. Obydwie znajdują się w intronach, sekwencjach kodu genetycznego nie zawierających instrukcji budowy białek, za to mogącymi potencjalnie zawierać dane, co komórka z tymi instrukcjami ma zrobić.
Jak opisano w artykule, jedna z sekwencji intronowych formuje się we wcześniej nieznaną trójwymiarową strukturę, zmieniająca sposób dokowania enzymu redagującego dADAR do RNA. Alternatywne miejsce przyłączenia skutkuje edycją kluczowego nukleotydu w transkrypcie para. Badanie opisuje również inną oddaloną od regulowanego genu sekwencję intronową zawierająca informacje o sposobie splicingu  (mechanizmu podczas którego określone części RNA są wycinane i składane na nowo przed przepisaniem na białko). Wykazano, że dzięki mutacjom sekwencja ta może działać jak pokrętło, podkręcające lub wyciszające proces redagowania.

Według autorów badania jest to przestroga przed poszukiwaniem jedynie struktur 2D przy przewidywaniu sekwencji zaangażowanych w redagowanie i ich regulatorów. Sam proces staje się jeszcze bardziej problematyczny dla naukowców. Wygląda na to, w intronach jest zakodowanych znacznie więcej informacji dotyczących redagowania niż wcześniej zakładano. W badaniu na żywych organizmach jednoczenie potwierdzono, że zmiany w redagowaniu genu para mają poważne fizjologiczne konsekwencje. Proces ten wydaje się mieć duże znaczenie w rozwoju układu nerwowego nie tylko u muszek owocówek, ale u wszystkich zwierząt, z człowiekiem włącznie.

Trójwymiarowa struktura przedstawiana jest na schemacie jako duże odgałęzienie od nici RNA. Na jej końcu znajduje się mała, pierścieniowa sekwencja 7 nukleotydów. Enzym dADAR, gdy zadokuje do sekwencji, przeprowadzi redagowanie poszczególnych nukleotydów w innych pozycjach, niż gdy nie jest „podłączony” do regulatorowej pętli. Autorzy badania nazwali strukturę „pseudowęzłem” (eng. pseudoknot).

RNA genu para wraz z wystającym „ramieniem”, zakończonym nukleotydami tworzącymi „pseudowęzeł” o kształcie pierścienia. Struktura zapewnia redagującemu RNA enzymowi dADAR nowe miejsca dokowania, dając alternatywną wersję nukleotydów (zaznaczone na czerwono). Robert Reenan/Brown University

Nieprzetworzona sekwencja nukleotydów może być znana, jednak na jej podstawie nie można określić, jakie przyjmuje formy w naturze ani do czego może służyć. Przy użyciu programów komputerowych można symulować strukturę przestrzenną nici. Przewidywania są jednak najpewniejsze, gdy robimy symulacje dla odcinków setek i  tysięcy nukleotydów.
Profesor biologii Robert Reenan z Brown University (współautor badania) w 2008 roku zauważył, że zestaw 7 nukleotydów ma całkowicie komplementarną sekwencję. Identyczne struktury zostały znalezione w każdej z 37 odmian owocówek używanych w laboratorium. Reenan powiązał to z odkryciem Anny Pyle z Yale, która opublikowała artykuł o podobnej strukturze występującej u ekstremofilnych bakterii.  

Aby określić jej rolę, kierownik badania Leila Rieder przeprowadziła eksperyment mutacja/przeciw-mutacja. Zamiana wewnętrznego lub zewnętrznego „pierścienia” struktury na sekwencję pochodzącą z bakterii wyłączała redagowanie. Natomiast zamiana całego „pierścienia” na pochodzący z bakterii przywracała proces. Wykazało to, że współpraca dwóch sekwencji tworzy strukturę krytyczną dla prawidłowego przeprowadzenia procesu.

Schemat procesu. Rieder i wsp. 2013

W artykule opisano też inną sekwencję (pod nazwą DCS), położoną w znacznej odległości od miejsc, których edycją zarządza. Wpływ na jej działanie ma intensywność splicingu. Kiedy proces jest aktywny, introny zawierające sekwencję regulatorową są szybko odcinane. Kiedy tempo splicingu jest wolniejsze, sekwencje pozostają i dzięki temu mogą regulować pracę dADAR. Gdy pozbyto się DCS, proces redagowania został całkowicie wyłączony. Po dodaniu nukleotydów stabilizujących i uodparniających sekwencję regulatorową na splicing, poziom redagowania był zbyt wysoki. Owady z taką zmianą miały poważne problemy ze zdrowiem, w tym paraliż i wysoką śmiertelność.
Badanie wskazuje wyraźnie, że procesy splicingu i redagowania są ze sobą silnie powiązane. Ich regulacja jest płynna i nie działa zero-jedynkowo. Sugeruje także, że pełne przewidywanie redagowania RNA nie jest możliwe przy analizie jedynie miejsc położonych w pobliżu edytowanych obszarów. Jednocześnie zbadanie skomplikowanych mechanizmów procesu daje kolejne narzędzia do analiz.
Nasze dane dotyczące złożonych interakcji trzeciorzędowych pomogą w projektowaniu syntetycznych substratów do redagowania, umożliwią też wykorzystanie endogennych enzymów ADAR jako narzędzia w celowanych terapiach RNA – podsumowują autorzy artykułu.

red. Seweryn Frasiński