מדענים גילו שלכמה מקטעים זעירים של RNA שנחשבו כג'אנק במקום זאת יש תפקיד פונקציונלי בדיכוי ייצור של RNA מסנג'ר מסוים ונראה כי הם מסייעים לתאים להגיב ללחץ חמצוני.
הקטעים המדוברים הם אינטרונים, רצפים קצרים של תת קבוצה של RNAs העברה, מולקולות ה- RNA המסייעות בהדרכת הרכבה של שרשראות חומצות אמינו במהלך בניית חלבון. באופן היסטורי, היסטוריים נחשבו חסרי תועלת לתאים מכיוון שיש לחתוך אותם לפני ש- TRNA יכול לבצע את עבודתו.
במחקר חדש, חוקרים מאוניברסיטת מדינת אוהיו הראו שכמה אינטרונים נצמדים לחלקים מרכזיים של מולקולות המתרגמות מידע גנטי לחלבונים, וגורמים להם להשפיל – מה שמבטל את ייצור החלבון. בניסויים שחשפו תאים ללחץ חמצוני, סוג אחד של אינטרון נותר יציב ביותר במצבים אלה ולא מתפורר, רומז כי אינטרונים מסוימים עשויים להיות חלק מערך הכלים ההישרדותי האבולוציוני של התאים.
תצפיות בלתי צפויות לאורך השנים הובילו את המדענים לחקור תפקיד פונקציונאלי למה שהם מכנים "fitrnas", קיצור של אינטרונים חופשיים של tRNAs: קשרי רצף בלתי סבירים עם מולקולות RNA אחרות, שיטות מגוונות המשמשות תאים כדי להשליך אותם, וביטוי יתר של חלקם, אבל לא כולם, אינטרונים בתנאים מלחיצים.
איש לא צפה פונקציה לאינטרונים. אבל זה פשוט לא הגיוני בעיניי שלא יהיה להם שום פונקציה ובכל זאת התא חשב שצריך להיות שש דרכים שונות או יותר להשמיד אותן.
מדוע התא ירצה להתייחס אליהם באופן עדיף אם הם היו רק זבל? היינו ברעיון הזה שחייבים להיות פונקציה כלשהי. ובחמש השנים האחרונות הצוות שלנו המציא כמה ניסויים חכמים באמת כדי להוכיח זאת. "
אניטה הופר, סופרת בכירה, פרופסור מולקולרי גנטיקה במדינת אוהיו
המחקר מתפרסם היום (11 בפברואר 2025) ב תא מולקולריו
העברת RNA (TRNA) פועלת עם RNA של Messenger (mRNA) לבניית חלבונים באמצעות השלמה, כלומר רצף tRNA מזדווג עם הרצף המשלים שלו על מולקולת mRNA כדי לוודא שחומצת האמינו הנכונה מתווספת לשרשרת כמו חלבון היא נבנה.
השימוש בשמרים כמודל לימודים, צוות הופר ראה לפני מספר שנים כי כמה רצפי אינטרון משולבים משלימים לרצפי mRNA, מה שמסמל לאינטרונים עשוי להיות חשיבות לתרגום הקוד הגנטי. יש 10 משפחות TRNA המכילות אינטרונים, וכל משפחת אינטרון נהרסת בצורה מובחנת. מחקר זה התמקד בשתי מאותן משפחות.
החוקרים מצאו כי ברגע ששוחררו מה- TRNA, האינטרונים הצפים הללו עם רצפים משלימים נקשרים ל- mRNAs ספציפיים, מה שגורם ל- mRNA להתפרק כך שייצור חלבון לא יוכל להתרחש. ניסויים אישרו קשר הפוך ברור: מחיקת או הגדרת ביטוי יתר של fitrNA הובילו לעלייה או ירידות תואמות ב- mRNA היעד, בהתאמה.
פונקציית ה- FitRNA נראית דומה לזו של מיקרו-רנ"א, קטעים קטנים של RNA (שנחשבו בעבר גם על זבל) המעכבים את פונקציות בניית החלבון של הגנים-אך יש הבדל משמעותי, אמרה הסופרת הראשונה רג'ינה נוסטרמו, חוקרת פוסט-דוקטורט במעבדה של הופר.
מיקרו -רנ"א מקיימים אינטראקציה עם חלבונים ממשפחת הארגונאוט כדי להשפיל את RNA של Messenger, "אך מכיוון שאין חלבוני ארגונאוט במין שמרים זה, משהו אחר קורה וה- RNA של המסנג'ר עדיין מושפל. אז זה מנגנון דומה, אבל הפרטים של מה זה המתרחשים שונים ", אמר נוסטרמו.
יש הבחנה נוספת, צוין הופר: מיקרו-רנ"א נצמדות בעקביות לאותו שטח "זרע" שאינו מקודד של RNAs שליח היעד שלהם, אך האינטרונים המשוחררים נקשרים לחלק של mRNA המכיל הוראות לבניית חלבון.
"אז זה לא רק RNA קטן שאינו מקודד שאינו מקודד, אלא שהוא פועל בצורה חדשה", אמרה.
החוקרים אמרו כי הכוח לעכב את ייצור החלבון מציע כי אינטרונים נותנים תאים יתרון, כך אמרו החוקרים. המחבר המשותף פאולו סינופולי, סטודנטית למולקולרית בגנטיקה במעבדת הופר, זיהה לפחות 33 mRNAs שממוקדים על ידי משפחת אינטרון אחת שנבחרה למיקוד במחקר זה. למרות שהם לא שייכים לקטגוריה אחת, החלבונים המושפעים נוטים להתייחס לחלוקת תאים ורבייה.
"השאלה שהייתה לנו היא 'מדוע הקיים האינטרון מלכתחילה?'" אמר סינופולי. "אנו רואים מ- tRNA שהם קיימים בבני אדם, בעכברים, בזבובים, בשמרים. אז הם נוכחים בכל האורגניזמים הללו למרות שנראו כבלתי יעילים – אך דברים לא יעילים בביולוגיה נוטים לא להסתובב."
השפע והיציבות של פיטרנה אחת בתאים שחווים לחץ חמצוני מספקים רמז לחשיבותם שהצוות ימשיך להמשיך על ידי חשיפת תאים לחימום לחץ, רעב ונסיבות מאתגרות אחרות.
"אולי תאים משתמשים באינטרונים הקטנים האלה כוויסות שליליות לביטוי גנים – מכיוון שהם לא נהרסים בתנאים מסוימים," אמר הופר. "אולי יש להם תפקיד מינורי מאוד בתנאים בריאים לתאים, אבל תחת לחץ, כאשר חלקם מתייצבים, אז אולי זה תפקיד חשוב באמת."
עבודה זו נתמכה על ידי המוסדות הלאומיים לבריאות, מלגות לתואר ראשון בפלוטוניה ומלגות מחקר לתואר ראשון באוהיו.
מחברים משותפים נוספים, כולם ממדינת אוהיו, היו אלישיה באו (כיום באוניברסיטת תומאס ג'פרסון), שרה מטקאלף ולורן פלטייה (כיום באוניברסיטת טולדו).
