Учёные из медицинской школы Маунт-Сайнай предоставили важную информацию о тонких функциях и сложных регуляторных методах редактирования РНК, критически важного механизма, лежащего в основе развития и заболеваний мозга.
В исследовании, опубликованном 26 июня в журнале Nature Communications, группа учёных сообщила об обнаружении существенных различий между мёртвыми и живыми тканями префронтальной коры мозга в отношении одной из наиболее распространённых модификаций РНК в мозге, известной как редактирование с заменой аденозина на инозин. Это открытие будет играть существенную роль в формировании развития диагностики и терапии заболеваний мозга.
Хотя в ДНК и содержится генетический план человека, фактически РНК выполняет её инструкции по созданию функциональных белков, играющих важные роли в функционировании организма, включая сложные функции центральной нервной системы. Функция РНК и её стабильность контролируются многими модификациями, и у каждой из них имеется особая цель. Эти модификации, известные как редактирование РНК, представляют собой непрерывный процесс, происходящий во всех наших клетках и тканях с участием ферментов под названием ADAR (аденозиндезаминаза, действующая на РНК). Этот процесс может продолжаться в отдельных клетках в течение некоторого времени после смерти человека, в ткани которого эти клетки входили.
Трансформация аденозиновых нуклеозидов в инозин (А-И) является распространённой и хорошо изученной модификацией под управлением белков семейства ADAR, в первую очередь ADAR1 и ADAR2. В мозге млекопитающих обнаружены тысячи в высокой степени регулируемых участков А-И редактирования в различных анатомических зонах и типах клеток, некоторые были обнаружены исследователями из Маунт-Сайнай. Известно, что эти участки задействованы в созревании нейронов и развитии мозга. Аномальная регуляция А-И редактирования связана с неврологическими расстройствами.
«До сих пор исследования А-И редактирования и его биологической значимости в мозге млекопитающих ограничивалось анализом посмертных тканей. Используя свежие образцы от живых пациентов мы смогли раскрыть существенную разницу в деятельности по редактированию РНК, которую в предыдущих исследованиях, полагавшихся только на посмертные образцы, могли не заметить», — говорит Майкл Брин, PhD, один из старших авторов исследования и доцент психиатрических, генетических и геномных наук в Маунт-Сайнай. — В частности, мы с удивлением обнаружили, что уровень редактирования РНК в мёртвой ткани были существенно выше по сравнению с живой тканью, что скорее всего связано с посмертными изменениями, такими как воспаление и гипоксия, которые не случаются в живых тканях. Кроме того, мы обнаружили, что редактирование РНК в живой ткани часто задействует эволюционно-консервативные и функционально важные участки, которые также подвергаются дерегуляции при заболеваниях человека, подчёркивая важность изучения как живых, так и мёртвых образцов, чтобы всесторонне изучить биологию мозга».
После наступления смерти отсутствие кислорода быстро повреждает клетки мозга, являясь причиной необратимого каскада повреждений, которые могут изменять экспрессию ADAR и А-И редактирование. «Мы выдвинули гипотезу, что молекулярный ответ на индуцируемые постмортем-состоянием гипоксический и иммунный ответы может существенно изменять ландшафт А-И редактирования. Это может приводить к неправильному пониманию редактирования РНК в мозге, если мы изучаем только посмертные ткани», — говорит Мигель Родригес де лос Сантос, PhD, один из первых авторов исследования и постдок на факультете психиатрии в Маунт-Сайнай. — Изучение тканей живого мозга даёт нам более чёткую картину биологии редактирования РНК в мозге человека».
Чтобы изучить этот вопрос, исследователи привязали своё исследование к Проекту Живого Мозга (Living Brain Project), где ткани дорсолатеральной префронтальной коры (ДЛПФК) получают от живых пациентов в ходе нейрохирургических процедур для глубокой стимуляции мозга — планового лечения неврологических заболеваний. В целях сравнения была собрана когорта посмертных тканей ДЛПФК из трёх банков мозга, чтобы сопоставить её с живой когортой по ключевым демографическим и клиническим переменным. Группа изучила множество типов геномных данных Проекта Живого Мозга, включая массив РНК-образцов тканей, одноядерное РНК-секвенирование и полногеномное секвенирование. Получение этих данных описывается в многочисленных готовящихся манускриптах Проекта Живого Мозга.
Исследователи идентифицировали более 72000 локаций, где А-И редактирование происходит чаще или иным образом в посмертных тканях ДЛПФК по сравнению с живыми. Они обнаружили более высокий уровень содержания ферментов ADAR и ADARB1, которые отвечают за усиление редактируемых схем в посмертных тканях мозга. Эти участки чаще всего обнаруживаются в связях между нейронами (именуемых синапсами), и обычно консервируются в ходе эволюции, что предполагает, что они играют важную роль в деятельности мозга. Некоторые хорошо известные участки А-И редактирования были сильно отредактированы в живых мозгах, указывая, что они могут участвовать в критически важных нейронных процессах, таких как пластичность синапсов, которая жизненно важна для обучения и запоминания. Однако, функции многих других участков А-И редактирования, обнаруженных в живых тканях мозга, не ясны, и требуются дальнейшие исследования, чтобы понять их влияние на здоровье мозга.
«Использование свежих тканей мозга от живых доноров предоставило нам восможность исследовать мозг минуя сложности, присущие посмертному анализу тканей», — говорит Александр У. Чарни, MD, PhD, один из старших авторов исследования и доцент психиатрических, генетических и геномных наук, неврологии и нейрохирургии в Маунт-Сайнай и один из руководителей Проекта Живого Мозга. — Таким образом, мы получили более точные данные о распространённости и роли А-И редактирования в мозге человека. Критически важно отметить, что наши находки не отрицают, но обеспечивают необходимым контекстом использование посмертных тканей мозга в исследованиях А-И регулирования. Понимание этих различий помогает улучшить наши знания о функционировании мозга и его заболеваниях сквозь призму модификаций редактирования РНК, что потенциально может привести к выработке более совершенных диагностических и терапевтических методов».
Исследовательская группа продолжит анализировать данные по редактированию РНК, чтобы лучше понять его значение и идентифицировать потенциальные терапевтические цели для болезни Паркинсона. Кроме того, они расширили границы исследования, включив новые работы из этой когорты, которые концентрируются на экспрессии генов, протеомике и мультиомике живого мозга.
«Обуздав эту уникальную, междисциплинарную природу Проекта Живого Мозга, мы можем обратить передовые технологии клинической медицины, такие как глубокая стимуляция мозга, в платформу, дающую беспрецедентные знания о биологии человеческого мозга, которые предоставят новые терапевтические возможности», — говорит Брайан Копелл, MD, один из первых авторов исследования, директор Центра нейромодуляции в Маунт-Сайнай и один из руководителей Проекта Живого Мозга.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Медицинской школой Маунт-Сайнай.
Вам также может быть интересно: