Биологи ВШЭ указали на возможные ошибки метода сверхэкспрессии микроРНК
Исследователи из НИУ ВШЭ и ИБХ РАН обнаружили, что распространенный метод изучения генов, основанный на сверхэкспрессии микроРНК, может приводить к ошибочным результатам. Метод активно используется при изучении различных патологий, в частности онкологических заболеваний. Ошибки в экспериментах могут вести к неверным выводам, влиять на диагностику и ход лечения заболевания. Результаты исследования опубликованы в журнале BBA.
Работа исследователя — это не только постоянный поиск нового, но и внимание к конвенциональным, устоявшимся знаниям. Случается, что у надежных и, казалось бы, проверенных методов обнаруживаются свойства, на которые раньше не обращали внимания.
Группа исследователей под руководством Александра Тоневицкого, декана факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ, выявила особенности метода сверхэкспрессии микроРНК. Ученые обнаружили, что в некоторых случаях результаты эксперимента с использованием этого метода могут быть неверными, но выявить ошибки очень сложно.
МикроРНК — это маленькие молекулы РНК длиной примерно от 20 до 25 нуклеотидов. Они играют важную роль в регуляции экспрессии генов, то есть определяют, сколько белка будет синтезировано в клетке с конкретной молекулы матричной РНК (мРНК). Такая регуляция возможна благодаря короткому фрагменту внутри микроРНК, который может связываться с молекулой-мишенью мРНК, если находит в ней обратно комплементарный (биологически соответствующий) участок. Когда это происходит, с мРНК перестает считываться белок, и экспрессия гена снижается.
При развитии заболеваний, в том числе онкологических, наблюдается изменение уровня экспрессии микроРНК. В частности, при раке предстательной железы увеличивается число микроРНК miR-93-5р, причем более высокий уровень их экспрессии связан с большей агрессивностью этого типа рака. Значительно повысив количество микроРНК в клетках в лабораторных условиях, можно увидеть более четкую картину того, с изменением каких процессов в клетках связано увеличение экспрессии этой микроРНК.
Для сверхэкспрессии микроРНК часто используется следующий подход: сначала в клетках увеличивается количество РНК-предшественника — молекулы большей длины, из которой затем в результате ее обрезания специальным ферментом Dicer образуется микроРНК. Это естественный для клетки процесс. Однако от того, насколько точно Dicer разрежет молекулу-предшественника, зависит, какая именно последовательность микроРНК образуется в результате.
Авторы статьи обратили внимание на то, как фермент Dicer разрезает молекулу. Ученые закодировали нужную им последовательность в молекуле-предшественнике и предположили, что именно ее отрежет Dicer. Но оказалось, что Dicer не всегда работает так, как нужно ученым: фермент преимущественно действует по принципу молекулярной линейки и отмеряет всегда одну и ту же длину — 22 нуклеотида. В процессе синтеза молекулы-предшественника в конце последовательности обязательно добавляется один или несколько урацилов (азотистое основание, характерное для РНК). В результате, если заданная последовательность микроРНК длиннее 19 нуклеотидов, Dicer из-за добавленных урацилов разрезает молекулу не там, где предполагалось в эксперименте. Такой сдвиг приводит к появлению вариативных форм микроРНК (изоформ).
Чтобы доказать причину смещения положения разрезания молекулы-предшественника, ученые в эксперименте задали несколько последовательностей микроРНК разной длины, в том числе цепочку длиной 23 нуклеотида, соответствующую микроРНК miR-93-5p. С помощью секвенирования — метода, позволяющего полностью прочитать последовательность нуклеотидов в молекуле РНК или ДНК, — они увидели, что из-за добавленных урацилов в цепочках длиннее 19 нуклеотидов положение разрезания сдвигается.
Диана Мальцева
Образование изоформ микроРНК miR-93-5p приводило к снижению экспрессии гена HMGA1, который вовлечен в нарушение передачи генетической информации при делении клеток, а также в регуляцию экспрессии генов. Но HMGA1 не был мишенью стандартной формы miR-93-5p. Не зная об образовании изоформ микроРНК, можно сделать неверные выводы о молекулярных механизмах действия исследуемой микроРНК при раке предстательной железы.
«Изоформы ищут не те мРНК-мишени, которые были задуманы в эксперименте, и подавляют экспрессию других генов. Понимание этой особенности критически важно как для фундаментальных исследований, так и для медицины», — считает Диана Мальцева, заведующая Международной лабораторией микрофизиологических систем НИУ ВШЭ.
Ученые во всем мире используют метод сверхэкспрессии микроРНК в своих экспериментах. Обычно корректность результатов проверяется с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Но этот метод в данном случае оказался недостаточно чувствителен.
«Как показала наша работа, увидеть смещение положения разрезания позволяет только секвенирование. К сожалению, это достаточно дорогостоящий метод, и не все лаборатории могут его себе позволить. Поэтому важно развивать современные методы сверхэкспрессии микроРНК и тщательно продумывать дизайн эксперимента», — объясняет Диана Мальцева.
Вам также может быть интересно:
Ранняя молекулярная диагностика рака оказалась дешевле, чем его последующее лечение
Применение дорогих методов диагностики обойдется обществу в 5–10 раз дешевле, чем лечение рака на поздней стадии, а также последующие выплаты пенсий по инвалидности и оплата больничных листов. К таким выводам пришли исследователи факультета экономических наук НИУ ВШЭ Марина Колосницына и Анастасия Владимирская вместе с коллегами из медико-генетической лаборатории «Эвоген» и сотрудниками Департамента здравоохранения Ямало-Ненецкого автономного округа. Результаты исследования опубликованы в журнале «Социальные аспекты здоровья населения».
Химия, биология, городское планирование: первый набор в Вышке в этом году
В 2019 году Высшая школа экономики открывает прием на три новые бакалаврские программы — по химии, биологии и городскому планированию — на трех новых факультетах. Рассказываем, чему и как на них будут учить и какая карьера ожидает их выпускников.
На факультетах химии и биологии и биотехнологии ВШЭ создаются базовые кафедры институтов РАН
Ученый совет ВШЭ одобрил открытие на новых факультетах Вышки базовых кафедр пяти институтов Российской академии наук. Студенты получат доступ к лабораторному оборудованию и смогут своими глазами увидеть, как проводятся современные исследования и разрабатываются новые технологии и лекарства.
Прием заявок от школьников на участие в выездной биологической сессии продлится до 5 марта
Выездная сессия для учеников 6-10 классов, интересующихся биологией, пройдет с 26 марта по 5 апреля в подмосковном Пущино. Ее организует Дирекция общего образования НИУ ВШЭ в рамках проекта «Академия школьников».
Как будет устроена новая бакалаврская программа «Клеточная и молекулярная биотехнология»
В НИУ ВШЭ открылся факультет биологии и биотехнологии. Уже в этом году он примет абитуриентов на бакалаврскую программу «Клеточная и молекулярная биотехнология». Рассказываем, чему будут учиться студенты факультета и его связях с Российской академией наук и бизнесом.
Александр Тоневицкий стал заслуженным деятелем науки РФ
Декану факультета биологии и биотехнологии ВШЭ, члену-корреспонденту РАН Александру Тоневицкому присвоено почетное звание заслуженного деятеля науки Российской Федерации. Награждение состоялось 27 ноября в Кремле.