Исследователи медицинского центра университета Радбауд опубликовали свои выводы в научном журнале Nature.
Ранняя разработка
Все животные – но в данном исследовании – комар желтой лихорадки Aedes aegypti – состоят из множества типов клеток, которые образуют разные ткани и органы, происходящие из одного оплодотворенного яйца. Это сложный процесс; Чтобы обеспечить успешное развитие оплодотворенной яйцеклетки в эмбрион, мать не только обеспечивает половину наследственной ДНК, но также обеспечивает яйцеклетку дополнительными белками и РНК.
Эти РНК и белки являются важными дополнениями, потому что эти молекулы управляют первыми клеточными делениями оплодотворенной яйцеклетки. Только после того, как произойдет ряд делений клеток, будущий комар может продуцировать белки и РНК, которые будут стимулировать дальнейшее развитие.
В то же время добавленные матери белки и РНК должны быть расщеплены вовремя, чтобы они не мешали последующему развитию комара.
Оркестровка РНК
Оказывается, определенный фрагмент сателлитной ДНК в зарождающемся эмбрионе комара ответственен за распад материнской РНК. Но как это работает? Исследователи из лаборатории профессора Рональда ван Рейджа, в первую очередь докторант Ребекка Хальбах, обнаружили, что заикающаяся ДНК производит две небольшие молекулы РНК. Это происходит на самых ранних стадиях эмбрионального развития комара.
Однако эти небольшие молекулы РНК не производят никакого белка. Эти РНК регулируют активность других частей РНК, которые кодируют белки. В этом случае они будут связываться с молекулами материнской РНК, которые затем расщепляются.
Этот шаг настолько важен, что отсутствие этих «регуляторных РНК» приведет к постоянному присутствию молекул материнской РНК, что нарушит последующее развитие эмбриона.
Спутники и динозавры
Ван Ридж подчеркивает, насколько необычным было это исследование: «В ходе этого исследования мы сделали несколько совершенно неожиданных открытий.
Несмотря на то, что спутниковая ДНК была впервые обнаружена шестьдесят лет назад, о ее функциях мало что известно. В этом исследовании мы выяснили, что на самом деле он выполняет очень важную функцию на критической стадии разработки."
Также стало очевидно, что механизм довольно старый в эволюционном плане. Ван Ридж: «Вместе с исследователями из Университета Вагенингена мы исследовали большую группу видов комаров.
Это показало нам, что эта сателлитная ДНК и специфические регуляторные РНК возникли около 200 миллионов лет назад, то есть в поздний триасовый период, эпоху, совпавшую с расцветом динозавров. Я думаю, это здорово, что эти маленькие РНК так долго оставались неизменными. Это также указывает на то, что они выполняют важную функцию."
От комара до человека?
Есть явное сходство между первыми этапами эмбрионального развития разных видов животных, но есть большие различия на молекулярном уровне. Этот конкретный фрагмент ДНК заикания не встречается у людей, но вполне возможно, что другая сателлитная ДНК играет роль в эмбриональном развитии человека или других животных.
Предыстория: случайное открытие
Это исследование основано на случайном открытии. Aedes aegypti – комар, переносящий важные патогены, такие как вирус денге и вирус Зика. Исследовательская группа Ван Ридж изучает, как эти типы вирусов передаются комарами. «Мы проводим много исследований иммунной системы комаров против вирусов», – говорит Ван Ридж. «Эта иммунная система распознает РНК вирусов и разбивает ее на мелкие фрагменты.
Во время анализа фрагментов РНК в инфицированных вирусом клетках исследователи Паскаль Мизен и Ребекка Хальбах случайно наткнулись на небольшие молекулы РНК, которые не произошли от вируса. Оказалось, что малые РНК были произведены из сателлитной ДНК самой клетки.
Мы нашли это настолько замечательным, что решили продолжить расследование. После пяти лет исследований, которые частично стали возможными благодаря гранту NWO Vici, они привели к публикации в журнале Nature."