שינויים דינמיים הפיכים של DNA ו-RNA מווסתים את האופן שבו גנים מתבטאים ומתעתקים, מה שיכול להשפיע על תהליכים תאיים, התפתחות מחלות ובריאות האורגניזם הכללי. RNAs גרעיניים קטנים (snoRNAs) הם קבוצה נפוצה אך מתעלמת ממנה של מולקולות RNA מדריכות שמנווטות שינויים כימיים למטרות RNA ריבוזומות תאי (rRNA), כמו סדרן שמראה מישהו למקומו בתיאטרון.
חוקרים מאוניברסיטת שיקגו פיתחו לאחרונה גישה חדשה לזיהוי מטרות RNA תאיות חדשות של snoRNAs. הם חשפו אלפי מטרות שלא היו ידועות בעבר עבור snoRNAs בתאים אנושיים וברקמות מוח של עכברים, כולל רבים המשרתים פונקציות אחרות מלבד הנחיית שינויים ב-rRNA. חלק מהאינטראקציות החדשות שהתגלו עם RNA שליח (mRNA) מקלות על הפרשת חלבון, תהליך תאי חשוב שניתן לרתום ליישומי טיפול פוטנציאליים וביוטכנולוגיה.
ברגע שאתה רואה כל כך הרבה מטרות ל-snoRNAs האלה, אתה מבין שיש עוד הרבה מה שצריך להבין. אנחנו כבר רואים שהם ממלאים תפקיד בהפרשת חלבון, שיש לה השלכות גדולות על הפיזיולוגיה, וזה מציע מסלול קדימה לחקר מאות סנוורנאים אחרים."
צ'ואן ה, דוקטורט, ג'ון ט. ווילסון פרופסור שירות מצטיין לכימיה ופרופסור לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית באוניברסיטת שיקגו ומחבר בכיר שותף של המאמר
המאמר, "הפרשת חלבון מונחת על ידי SnoRNA מתגלה על ידי זיהוי יעדי snoRNA לכל אורך התעתיק", פורסם בנובמבר 2024 בכתב העת תָא.
דבק מולקולרי להפרשת חלבון
ישנם יותר מ-1,000 גנים ידועים לקידוד snoRNAs בגנום האנושי, אך מדענים מצאו רק את יעדי ה-RNA עבור כ-300 מהם. מטרות אלו כוללות בעיקר שינויים מנחים עבור RNA ריבוזמלי ו-RNA גרעיני קטן המעורבים בחבור mRNA. בעשורים שחלפו מאז התגלו חומרי snoRNA לראשונה, החוקרים השאירו ברובם את 700 הנותרים לבד, בהנחה שהם ביצעו פונקציות דומות. עם זאת, בניגוד למולקולות RNA מדריכות אחרות כגון microRNA שכולן באותו אורך, snoRNAs משתנים מאוד באורכם בין 50-250 שאריות, מה שמרמז שהם יכולים לעשות דברים רבים ושונים.
במהלך 12 השנים האחרונות, המעבדה של He פיתחה מספר טכניקות ביוכימיות ורצף לחקר שעתוק, שינויים ב-DNA ושינויים ב-RNA. במחקר החדש, הוא עבד עם הסופר הבכיר טאו פאן, PhD, פרופסור לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית, כדי לבדוק כלי חדש בשם "snoKARR-seq" שמקשר בין snoRNAs עם RNAs קושרי המטרה שלהם. Bei Liu, PhD, חוקר פוסט-דוקטורט של עמית שיקגו המונחה על ידי הוא ופאן, הוביל את הפרויקט.
"המעבדה של צ'ואן פיתחה את הטכנולוגיה הרוצחת הזו כדי לבחון בדיוק עם איזה RNA כל snoRNA מקיימת אינטראקציה ברמת התעתיק", אמר פאן. "עכשיו יש הרבה מקום פתוח להבנה מקיפה מה עושים 1,000 הגנים האנושיים האלה (המקודדים סנ-RNA).
רוב יעדי הסנו-RNA החדשים שהתגלו אינם חופפים לאתרי שינוי ה-RNA המוכרים, מה שמצביע על כך ש- snoRNA עשוי להיות בעל תפקיד רחב בהרבה בתאים. תגלית בלתי צפויה אחת הייתה ש- snoRNA התקשר SNORA73 מקיים אינטראקציה עם mRNA המקודדים לחלבונים מופרשים וחלבוני קרום התא. הפרשת חלבון היא תהליך ביולוגי בסיסי שבאמצעותו חלבונים מועברים מתא לחלל החוץ תאי, שהוא חיוני לתפקודים שונים, כולל תקשורת בין תאים, תגובות חיסוניות ועיכול. החוקרים ראו את זה SNORA73 פועל כ"דבק מולקולרי" בין ה-mRNA למנגנון סינתזת החלבון שעוזר להקל על תהליך זה.
ניתוח נוסף של איך SNORA73 נקשר עם mRNA הציע שניתן להנדס רצפי snoRNA סינתטיים כך שישפיעו על הפרשת חלבון. החוקרים בדקו השערה זו על ידי התאמה של כתב חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) כדי ליצור אינטראקציה עם SNORA73. GFPs מוכנסים לעתים קרובות לתאים כדי לגרום להם לזרוח בתנאים מסוימים כדי שמדענים יוכלו לראות את ההשפעות של ניסויים. כאשר החוקרים הביעו SNORA73 גנים עם ה-GFP המהונדס שיכול להיות מופרש מתאי, זה הגביר את הפרשת החלבון ב-30 עד 50% על פני הבקרות.
ניסויים אלה הראו שהם יכולים לעשות שימוש במכונות snoRNA כדי לתמרן את הפרשת חלבון נתון, שיכול להיות שימושי לפיתוח תרופות. לדוגמה, אם מחלה אנושית כרוכה במחסור של חלבונים מופרשים, אז ביו-מהנדסים יכולים לחטוף את המערכת כדי לספק snoRNA מלאכותיים כדי להגביר את הפרשת החלבון הזה.
"השדה פתוח לרווחה"
בעוד שהטכנולוגיה לסינתזה ואספקה של snoRNA למיקומים הנכונים עדיין לא ממש מוכנה, הן הוא והן פאן מרגישים בטוחים שניתן לפתור את האתגרים הללו מכיוון שהיא מתבססת על התקדמות קודמת בטכנולוגיה באמצעות צורות אחרות של RNA. הם גם מאמינים שמכיוון ש- snoRNAs הם ספציפיים לסוגי תאים, הם יכולים להיות בעלי פונקציות הרבה יותר מגוונות – ואפשרויות טיפוליות – במקומות אחרים.
"חשבו על תאים עצביים, תאי גזע או תאים סרטניים. יש כל כך הרבה סוגי תאים שאפשר לחקור. אז, אני חושב שהתחום פתוח לרווחה", אמר. "טאו ואני עובדים יחד כבר יותר מ-15 שנה, וזו חלון ראווה נהדר של שיתוף פעולה בין החטיבה למדעי הביולוגיה והחטיבה למדעי הפיזיקה ב-UCChicago. מאמר זה הוא דוגמה נוספת לכך ששיתוף פעולה מסוג זה מוביל לפתיחת תחום חדש של ביולוגיה."
מחברים נוספים על המחקר כוללים Tong Wu, Bernadette A. Miao, Fei Ji, Shun Liu, Pingluan Wang, Yutao Zhao, Yuhao Zhong, Arunkumar Sundaram, Tie-Bo Zeng, Marta Majcherska-Agrawal, ו-Robert J. Keenan מ-UCChicago.
