Стэнфордские исследователи открыли новый вид биомолекул, которые могут сыграть значительную роль в биологии всего живого, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Cell.
Новая биомолекула, получившая название гликоРНК, представляет собой небольшую полоску рибонуклеиновой кислоты (РНК) со свисающими на ней молекулами сахара, называемыми гликанами. До сих пор единственными известными науке видами биомолекул, украшенных таким же сахаром, были жиры (липиды) и белки. Эти гликолипиды и гликопротеины повсеместно появляются в клетках животных, растений и микробов и на них, внося свой вклад в широкий спектр процессов, необходимых для жизни.
Недавно обнаруженные гликоРНК, ни редкие, ни скрытые, прятались у всех на виду просто потому, что никто не думал их искать - что вполне понятно, учитывая, что их существование противоречит хорошо установленной клеточной биологии.
«Это потрясающее открытие совершенно нового класса биомолекул, - сказала Кэролайн Бертоцци, профессор Стэнфордской школы гуманитарных наук и наук Роберта М. Басс, директор Стэнфордской школы химии и старший автор исследования. - Это действительно эффект разорвавшейся бомбы, потому что открытие предполагает, что в клетке есть биомолекулярные пути, которые нам совершенно неизвестны».
«Более того, - добавила Бертоцци, - некоторые из РНК, модифицированных гликанами с образованием гликоРНК, имеют неприятную связь с аутоиммунными заболеваниями».
Бертоцци отдает должное за открытие ведущему автору исследования Райану Флинну, который несколько месяцев работал в своей лаборатории научным сотрудником, занимаясь поиском гликоРНК, основываясь в основном на догадках.
«Я пришел в лабораторию Кэролайна с вопросом: «А что, если гликаны могут связываться с РНК?», и оказалось тем, что это раньше не исследовалось, - сказал Флинн, ныне доцент Бостонской детской больницы в отделении стволовых клеток, клеточной и регенеративной биологии. - Мне просто нравится размышлять и задавать вопросы, и было безмерно приятно получить этот неожиданный ответ».
На протяжении своей новаторской карьеры Бертоцци вывела некогда маргинальную область гликобиологии в мейнстрим. За последние 25 лет ее работа помогла биологам понять, что гликаны, давно упускаемые из виду сахарные структуры, не менее важны, чем белки и нуклеиновые кислоты, такие как РНК и ДНК.
Флинн признает, что мало знал о гликанах, когда пришел в лабораторию Бертоцци. Его область знаний - РНК, которой он посвятил свою медицинскую степень и докторскую степень. Флинн получил эти степени под руководством Говарда Чанга из Вирджинии, и профессора Д. К. Людвига по исследованию рака и профессора генетики в Стэнфорде.
«Райан - это РНК, я - гликаны, - сказал Бертоцци. - У нас совершенно разное прошлое».
Области исследований РНК и гликанов традиционно различаются, потому что биомолекулы образуются и действуют в разных местах клетки. Большинство типов РНК живут в ядре клетки, а также в цитозоле, где хранится геном и происходит синтез белка, соответственно. Гликаны, напротив, происходят из субклеточных структур, связанных мембранами, и, таким образом, отделены от пространств, в которых занимают РНК. Гликопротеины и гликолипиды локализуются на поверхности клетки, выступая в качестве участков связывания для внеклеточных молекул и взаимодействуя с другими клетками. (Примером гликолипидов являются те, которые определяют нашу группу крови.)
«РНК и гликаны живут в двух разных мирах, если верить учебникам», - сказал Бертоцци.
Странная часть биологии первоначально заинтересовала Флинна и заставила его задуматься, могут ли эти миры на самом деле пересекаться. Он отметил в научной литературе фермент, мало изученный в области РНК, который гликозилирует (добавляет гликаны) определенные белки и который также может связываться с РНК. Основываясь на взаимном сродстве этого фермента к белкам и РНК, Флинн решил проверить, существует ли более прямая связь между РНК и гликанами.
«Когда Райан начал изучать возможную связь между гликозилированием и РНК, я думала, что шансы найти что-либо очень низки, - сказала Бертоцци. - Но я подумала, что не повредит проследить за этим».
Флинн владел множеством техник в своем поиске гипотетических гликоРНК. Среди наиболее эффективных была биоортогональная химия, впервые предложенная Бертоцци для изучения живых клеток без нарушения естественных процессов. Один из распространенных методов включает присоединение незаметного химического вещества-репортера к биомолекуле, которая излучает свет при вступлении в определенные реакции.
Флинн снабдил множество различных гликанов сообщающими «лампочками», чтобы увидеть, с какими биомолекулами связаны сахара и где биомолекулы, связанные с сахаром, оказываются внутри и на клетках. Опираясь на свой опыт подготовки и работы с РНК, Флинн вышел за рамки белковых и липидсодержащих компартментов внутри клеток, как это было исследовано ранее.
«Райан - первый известный нам человек, который действительно смотрел на гликаны и РНК таким образом», - сказала Бертоцци.
После многих разочаровывающих месяцев отрицательных и запутанных результатов Флинн пересмотрел свои данные. Он заметил, что один меченый сахар, включенный в молекулу-предшественник сиаловой кислоты, продолжал появляться.
«Как только я увидел этот сигнал, я почувствовал, что что-то действительно есть», - сказал Флинн.
«Было действительно важно, чтобы Райан не подошел к этой теме с предвзятыми мнениями и бессознательной предвзятостью, - сказала Бертоцци. - Его разум был открыт для возможностей, которые противоречат нашим представлениям о биологии».
После документального подтверждения присутствия, по-видимому, новой гликоРНК в клетках человека, Флинн и его коллеги искали ее в других клетках. Они обнаружили гликоРНК в каждом протестированном типе клеток - человека, мыши, хомяка и рыбок данио.
Присутствие гликоРНК у разных организмов предполагает, что они выполняют принципиально важные функции. Более того, РНК структурно похожи у существ, которые эволюционно разошлись от сотен миллионов до миллиардов лет назад. Это говорит о том, что гликоРНК могли иметь древнее происхождение и, возможно, сыграли определенную роль в возникновении жизни на Земле, объяснил Бертоцци.
Функция гликоРНК еще не известна, но заслуживает дальнейшего изучения, поскольку они могут быть связаны с аутоиммунными заболеваниями, которые заставляют организм атаковать собственные ткани и клетки, объяснил Флинн. Например, известно, что иммунная система людей, страдающих волчанкой, нацелена на несколько специфических РНК, которые могут составлять гликоРНК.
«Когда вы обнаруживаете что-то совершенно новое, такое как эти
гликоРНК, возникает так много вопросов», - сказал Флинн.
[Фото: eurekalert.org]
