Ученые разработали уникальную технологию, позволяющую выявлять все РНК, взаимодействующие с различными областями генома, на которые они нацелены, где многие из этих РНК, по всей вероятности, играют важную роль в регуляции генома или поддержании его структуры.
Группа зарубежных и российских ученых, в состав которой входит научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН, разработали технологию RADICL-seq (РНК и ДНК-взаимодействующие комплексы, лигированные и секвенированные), позволяющую проводить комплексное определение всех РНК, взаимодействующих с различными участками хроматина. В ходе проведенного исследование, которое с российской стороны проводилось в рамках проекта РНФ, также выявлен ряд таких регуляторных РНК и предсказаны механизмы взаимодействия с хроматином. Описание исследований опубликованы в научном журнале Nature Communications.
Идентификация большого количества длинных некодирующих РНК (нкРНК) в геноме млекопитающих была главным сюрпризом крупномасштабных проектов в области геномики. Большая часть таких нкРНК локализована в ядре клетки и связана с хроматином. Ранее считалось, что он в основном состоит из геномной ДНК, а также структурных и регуляторных белков.
«Чтобы оценить роль некодирующих РНК как в качестве регулятора активности хроматина (и, следовательно, активности генов), так и в качестве возможного компонента структуры хроматина, с участием нашего коллектива была разработана технология, названная RADICL-seq. Метод и полученные данные позволяют сформировать гипотезы о том, как хроматин организуется и регулируется, а также выявлять специфические функции для некодирующих РНК. Этот метод позволяет также выявлять функции некодирующих РНК, что расширяет область его применимости», — рассказала об исследовании один из его авторов, руководитель группы регуляторной транскриптомики и эпигеномики ФИЦ Биотехнологии РАН к.б.н. Юлия Медведева.
Геномы млекопитающих кодируют десятки тысяч длинных некодирующих РНК (нкРНК), которые в основном находятся в ядре. Известно, что некоторые из них играют роль в регуляции транскрипции и ремоделирования хроматина. Однако геномные мишени большинства нкРНК до сих пор неизвестны, несмотря на попытки картировать их сайты связывания. Это вызвано в том числе отсутствием технологии для создания комплексных карт взаимодействий для каждой РНК с соответствующими областями хроматина.
Новая технология RADICL-seq для картирования взаимодействий РНК-хроматин в ядрах эукариотических клеток — это метод на основе лигирования близко расположенных РНК и ДНК, который существенно более надежен, чем ранее разработанные методы, идентифицирует сайты связывания генома всех хроматин-ассоциированных РНК.
Высокое разрешение RADICL-seq позволило пересмотреть известные контакты РНК-хроматин и идентифицировать новые воспроизводимые взаимодействия.
Еще одним важным выводом из этого исследования является роль трехмерной структуры хроматина в установлении взаимодействий РНК-ДНК. В частности, показано что топологически ассоциированные домены (TAD) выполняют роль «границ» для дальних взаимодействий.
Исследование также описывает паттерны взаимодействия транскриптов, содержащих определенные семейства повторяющихся элементов, что представляет собой первую попытку охарактеризовать ландшафт взаимодействий хроматина с такими элементами.
Эта работа закладывает основу для широкого исследования РНК-хроматинового интерактома в нескольких типах клеток, с целью раскрыть регуляторную роль РНК в физиологии генома.
«В дальнейших исследованиях мы планируем дальше исследовать роль РНК, как медиаторов регуляции экспрессии генов, архитектуры хроматина и, в конечном счете, идентичности клеток. В долгосрочной перспективе эта технология, вероятно, позволит идентифицировать некодирующие РНК, которые регулируют активность генома в клетках разных типов. Вполне возможно, что будущие приложения будут использовать эти некодирующие РНК для точной регуляции активности генома, например, для лечения заболеваний» — пояснила Юлия Медведева.
СМИ об исследовании:
Журнал МФТИ «За науку»: https://zanauku.mipt.ru/2020/03/16/kak-rnk-vzaimodejstvuet-s-dnk/
Сайт РНФ: https://rscf.ru/news/release/novyy-metod-pokazhet-kak-rnk-vliyaet-na-aktivnost-genoma/
Сайт журнала «Naked Science»: https://naked-science.ru/article/column/novyj-metod-pokazhet-kak-rnk