Ученые определили новый ключевой механизм, ответственный за измененный процесс сплайсинга в гене SMN2, который у людей со спинальной мышечной атрофией (СМА) не может производить необходимый белок SMN.
Открытие сосредоточено на гетерогенном ядерном рибонуклеопротеине R (hnRNPR), входящем в семейство белков, которые, как обнаружили исследователи, отвечают за альтернативный процессинг SMN2, что приводит к неактивной форме белка SMN, которая не компенсирует потерю гена SMN1, основной причины этого редкого генетического заболевания.
«В этом исследовании мы сообщаем, что hnRNPR регулирует сплайсинг генов, кодирующих SMN», — пишут исследователи. Сплайсинг является частью процесса, при котором гены транслируются в белки.
Кроме того, новое исследование также показало, что обработка клеток антисмысловым олигонуклеотидом (АСО) снижает активность hnRNPR и усиливает соответствующие процессы в SMN2.
Результаты были подробно описаны в исследовании «HnRNPR strongly represses splicing of a critical exon associated with spinal muscular atrophy through binding to an exonic AU-rich element», опубликованном в журнале Molecular Genetics and Genomics.
Изучение механизмов, лежащих в основе СМА
Большинство случаев СМА вызвано мутациями гена SMN1, которые приводят к незначительному производству белка SMN или его полному отсутствию, а также к прогрессирующей потере нервных клеток, называемых двигательными нейронами, которые контролируют движения.
Клетки также могут нести второй, почти идентичный ген SMN2, который кодирует белок SMN. Количество копий гена SMN2 у пациентов со СМА обычно связано с продукцией SMN, а большее количество копий связано с более мягким течением СМА.
Инструкции по созданию белков, таких как SMN, сначала копируются из гена, состоящего из ДНК, в пре-мРНК — черновой вариант информации, содержащей экзоны. Экзоны — это сегменты, несущие инструкции для белка, которые разделены другими элементами, называемыми интронами.
Сплайсинг — это процесс удаления интронов, оставляющий только экзоны и зрелую молекулу мРНК, которая затем транслируется или декодируется в белок, который, по сути, является рабочей лошадкой клетки. Для некоторых генов альтернативный сплайсинг для удаления или пропуска определенных экзонов является естественным процессом, позволяющим одному гену кодировать более одного белка.
Однако из-за одиночных изменений в последовательности ДНК SMN2 альтернативный сплайсинг исключает его экзон 7, создавая более короткую версию белка SMN, которая быстро деградирует и не может полностью компенсировать потерю гена SMN1.
Предотвращение исключения экзона 7 в SMN2 и увеличение продукции белка SMN является механизмом действия двух одобренных препаратов для лечения СМА, модифицирующих заболевание: рисдиплам и нусинерсен. Оба были разработаны и одобрены в течение последних пяти лет.
Тем не менее, по словам исследователей, «наше понимание сплайсинга экзона 7 в SMN2 все еще ограничено».
Обнаруженный белок hnRNPR играет ключевую роль
hnRNP представляют собой семейство белков, которые связываются с пре-мРНК и регулируют сплайсинг с мРНК. Один из членов этого семейства, hnRNPR, который был связан со СМА благодаря его взаимодействию с SMN, еще предстоит полностью описать.
Исследователи из Китая изучили hnRNP, чтобы узнать больше о том, как они работают.
В клетках избыточное производство hnRNPR индуцировало большее количество удалений экзона 7 из SMN2, а также из SMN1 по сравнению с другими белками, которые, как известно, регулируют сплайсинг, а именно hnRNPQ, Sam68 и SRSF10. hnRNPR резко снизил включение экзона 7 с 48% в контроле до 1% для SMN2 и с 98% до 27% для SMN1.
Наоборот, подавление hnRNPR, но не других регуляторов, приводило к значительному увеличению экзона 7 в гене SMN2.
Введение мутаций в экзон 7 пре-мРНК и вокруг него позволило команде идентифицировать область в конце экзона 7, которая связывается с hnRNPR. Эта область была богата урацилом (U) и аденином (A), двумя строительными блоками мРНК. Полная делеция этого сегмента, богатого AU, в основном отменяет способность hnRNPR удалять экзон 7.
Sam68, другой белок, который подавляет события сплайсинга, также связывается с элементом, богатым AU, но в меньшей степени, чем hnRNPR. Несмотря на эти открытия, дополнительные эксперименты показали, что hnRNPR и Sam68 подавляют сплайсинг с помощью различных механизмов.
Ген hnRNPR подвергается альтернативному сплайсингу, в результате чего образуются четыре формы белка hnRNPR, называемые изоформами. Один сплайсинг приводит к полноразмерному белку (R633), а три других продуцируют укороченные белки (R636, R595 и R535).
Исследователи сообщают, что изоформа R595, в которой отсутствует экзон 5, «не имела (SMN1) или имела гораздо более слабое ингибирующее действие (SMN2) на сплайсинг экзона 7 по сравнению с другими изоформами». Эта изоформа также связывалась с AU-богатым элементом пре-мРНК SMN2.
Включение экзона 7 в SMN2 усиливалось, когда клетки обрабатывали антисмысловым олигонуклеотидом (AСO), специально разработанным для облегчения пропуска экзона 5 в гене hnRNPR для имитации изоформы R595. AСO представляют собой молекулы на основе РНК, которые могут влиять на события сплайсинга, подобно нусинерсену.
«Мы определили новый механизм, который ухудшает сплайсинг экзона 7 SMN2», — пишут исследователи. В то время как предыдущие результаты показали, что «hnRNPR участвует в патогенезе [развитии] СМА на уровне белка посредством взаимодействия с SMN, наши результаты добавляют еще один уровень функциональной регуляции ассоциированного с заболеванием белка важным членом семейства hnRNP».
Автор: Steve Bryson, PhD | перевод и адаптация выполнены для сайта f-sma.ru
Источник: smanewstoday.com
