/ Некодирующие РНК белок PUM2, митохондрии и старение

Некодирующие РНК белок PUM2, митохондрии и старение

В  2016 году в журнале Cell   вышла работа J. T. Mendell и соавт., в которой они описали новую длинную некодирующую РНК, активируемую повреждением ДНК.

Длительные некодирующие РНК (lncRNAs)   представляют собой гетерогенное семейство РНК, которые имеют длину более 200 нуклеотидов и не имеют открытой рамки считывания (ORF). Точное число lncRNA, закодированных в геноме человека, находится в стадии уточнения, но по оценкам учёных их может быть десятки тысяч. Биологические роли и молекулярные функции подавляющего большинства этих транскриптов остаются ещё за гранью нашего научного знания.   Известно, что в  ядре lncRNAs регулируют транскрипцию , организуют субъядерную структуру и опосредуют хромосомные взаимодействия.    В цитоплазме lncRNAs модулируют активность   белков и мРНК (1,2).

Некодирующие  РНК  белок PUM2, митохондрии и старение

Рис. 1. Ось NORAD - PUMILIO .

Длинная некодирующая РНК NORAD  может связываться с белками PUMILIO, PUM1 (бледно-голубой) и PUM2 (бледно-зеленый) и подавлять их активность.  PUM1 и PUM2 также ингибируют друг друга, и,   в свою очередь, могут подавлять NORAD (пунктирная ингибирующая стрелка). У мышей, которые генетически спроектированы с дефицитом NORAD или  избытком PUM2, белки PUMILIO становятся сверхактивными и  ингибируют молекулы, которые предотвращают повреждение митохондрий. А  также молекулы, которые препятствуют клеткам приобретать неправильное количество хромосом (анеуплоидия). В результате у этих мышей наблюдается ускоренное старение.
В  последнее время lncRNAs привлекают значительное внимание исследователей в связи с их новыми функциями в процессах развития организма, и в процессах, связанных с патологиями

J. T. Mendell и соавт. провели функциональный анализ человеческой lncRNA LINC00657, которую они назвали NORAD (Noncoding RNA Activated by DNA Damage). Их работа показала, что  NORAD поддерживает геномную стабильность путем подавления активности двух белков Pumilio-Fem3-связывающего фактора (PUF), PUM1 и PUM2.

Эти белки представляют собой эволюционно глубоко консервативное семейство РНК-связывающих белков, которые действуют как негативные регуляторы экспрессии генов. Белки PUМ с высокой специфичностью связываются с последовательностями в 3'-UTRs мРНК-мишеней через свои гомологические домены PUMILIO. Что стимулирует деаденилирование и декапирование мРНК и приводит к снижению трансляции. Существует два белка PUМ человека и мыши, PUM1 и PUM2. Они связываются с транскриптами-мишенями, содержащими последовательность из восьми нуклеотидов (UGUANAUA), которая называется элементом ответа PUMILIO (PRE). Описаны различные функции этих белков, связанные со сперматогенезом, контролем клеточного цикла, нейрональной функцией (5,6,7).

Мы не случайно так подробно   описываем эти белки, т.к. они играют немалую роль в дисфункции митохондрий, о чём будет далее.   

Исследователи обнаружили, что  NORAD, функционирует в качестве основного регулятора активности PUM в клетках человека. Инактивация  NORAD приводила к хромосомной нестабильности. И идентификация NORAD-взаимодействующих белков показала, что эта lncRNA функционирует как многовалентная платформа для связывания белков PUM. И она способна изолировать значительную часть общего клеточного пула PUM1 и PUM2.

Учёные также показали  что белки PUM регулируют большой набор транскриптов-мишеней, которые играют критическую роль в поддержании точности расхождения хромосом. И  чья чрезмерная репрессия в отсутствие NORAD приводит к нестабильности генома. Полученные  результаты выявили lncRNA-зависимый механизм, который регулирует высокочувствительное семейство РНК-связывающих белков, открывая посттранскрипционную регуляторную ось, поддерживающую геномную стабильность в клетках млекопитающих (8).

Как можно было ожидать, интерес к новой некодирующей РНК будет показывать рост. И дальнейшие работы уже скоро показали, что с этой РНК не все так просто. И вместе с защитой генома, NORAD на фоне её повышенной экспрессии может быть связана с канцерогенезом. Что ещё раз показывает, какую сложную и тонко настроенную за 4 млрд. лет эволюции систему представляет живой организм. И как непросто эффективно корректировать его работу (9, 10). 

Ну а пониженная экспрессия NORAD, как показала недавняя работа 2019 г., той  же команды J. T. Mendell и соавт, вызывает ускоренное  старение за счёт повышения активности белка PUM2 (11).
Не случайно, израильские ученые, I. Ulitsky и соавт, также активно изучающие эту РНК, выпустили в этом году статью с оптимистичным  названием «Стареть хорошо с NORAD» (12).

И жить хорошо с  NORAD, добавим от себя. С  нормальным, но не повышенным её уровнем. 
Но нас эта некодирующая РНК интересовала по большей части как взаимосвязанная с уже описанным выше белком PUM2. Который, в свою очередь, как показали исследования, напрямую связан с дисфункцией митохондрий и старением.

В   2019 года вышла работа  J. Auwerx и соавт., в которой они показали, что  PUM2 ухудшает митохондриальную динамику и митофагию. Ученые сделали анализ изменения экспрессии  РНК-связывающих белков при старении. Который показал, что наш «герой», PUM2, повышал свою экспрессию с возрастом. Затем исследователи определили новую цель PUM2. Ей оказалась мРН  белка MF  (mitochondrial fission factor), который регулирует процесс деления митохондрий. Его нормальный уровень важен для удаления дефектных митохондрий,  митофагии. Повышение же уровня белка PUM2 с возрастом вызывало снижение уровня MFF,   нарушение процессов митофагии и дисфункцию митохондрий. 
На втором этапе своего исследования J. Auwerx и соавт. с помощью генной инженерии подавили экспрессию PUM2 у старых мышей и его аналога у нематод. Для  таргетирования и инактивации гена PUM2 у старых грызунов они использовали технологию CRISPR-Cas9.   В результате этого повышался уровень митохондриального  белка MFF, улучшались процессы деления и митофагии.  И как следствие этого, улучшался  контроль качества митохондрий (13).

А это, как мы уже знаем, имеет немалое значение. Как  показывают исследования, нарушение селективного удаления поврежденных и дисфункциональных митохондрий посредством митофагии играет не последнюю роль   в процессах старения организма. Кроме того, сбой в митофагии  связан  нейродегенеративными патологиями, болезнью Паркинсона и боковым амиотрофическим склерозом (14, 15, 16, 17). 

С целью положительной регулировки митофагии сегодня исследуется вещество  уролитин А, метаболит кишечных бактерий.  В плодах граната содержатся предшественники уролитина А,  эллаготанины, которые под воздействием бактерий в кишечнике превращаются в уролитин А. Первые клинические испытания показали некоторую эффективность и безопасность уролитина А:  у принимавших его людей происходила дозозависимая активация генов, связанных с митохондриальным биогенезом, митофагией и окислением жирных кислот. То есть улучшалась функция митохондрий.  Результаты

этих исследований  были опубликованы летом этого года в журнале Nature Metabolism (18, 19).


Рис. 2. Модель  влияния PUM2 на возрастную функцию митохондрий. Экспрессия PUM2 увеличивается при старении, и это облегчает захват/поглощение мРНК Mff, либо самостоятельно, либо в ассоциации с другими РНК-связывающими белками (RBPs)     PUM2 подавляет трансляцию  Mff, ухудшая деление митохондрий и митофагию, что приводит к митохондриальной дисфункции.   

Автор текста: Алексей Ржешевский

Литература
1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25759022/
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21307942/
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22096659/
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24296535/
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22342750/
6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20818387/
7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23739961/
8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26724866
9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6188072/
10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30468715
11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30468715
12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6407920/
13. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30642763
14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28795394
15. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-13-3585-3_9
16. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29287956
17. https://stke.sciencemag.org/content/7/350/ec309?intcmp=trendmd-stke&_ga=2.160926077.1546684783.1575062280-722167065.1566928327
18. https://www.nature.com/articles/s42255-019-0073-4
19. https://stm.sciencemag.org/content/11/501/eaay3574

Поддержка проекта

Если вы верите в силу митохондрий, поддержите проект MitoSpace финансово
или другими возможными способами

Поддержать проект