Raspad RNK posredovan besmislom, ili NMD, je evolucijski očuvan molekularni mehanizam u kojem se razgrađuju potencijalno defektne glasničke RNK, ili mRNK (genetski materijal koji daje uputstva telu kako da proizvodi proteine). Poremećaj NMD puta može dovesti do neuroloških poremećaja, imunoloških bolesti, kancera i drugih patologija. Mutacije u ljudskim NMD regulatorima se vide kod neurorazvojnih poremećaja, uključujući autizam i intelektualnu nesposobnost.
Zašto su NMD mutacije obogaćene neurorazvojnim poremećajima ostaje misterija. Sika Zheng, profesor biomedicinskih nauka na Medicinskom fakultetu i osnivački direktor Centra za RNK biologiju i medicinu na Univerzitetu Kalifornije, Riverside, sada je vodio studiju, objavljenu u časopisu Neuron, koja otkriva molekularnu ćeliju mehanizam koji leži u osnovi NMD regulacije veličine mozga i njegove disregulacije u izazivanju mikrocefalije — stanja u kojem je bebina glava mnogo manja nego što se očekivalo.
Nalazi tima sugerišu da je održavanje neuronske NMD funkcije od suštinskog značaja za rani razvoj mozga kako bi se sprečila mikrocefalija. Prema Zhengu, moduliranje NMD ciljeva može biti potencijalni tretman za mikrocefaliju i druge srodne neurorazvojne bolesti.
Studija objašnjava funkcionalnu ulogu NMD-a u razvoju mozga i osnovno mehaničko delovanje. Takođe po prvi put pokazuje vezu između regulacije raspada mRNA i kontrole veličine mozga. Pored toga, otkriva zamršenu vezu između NMD-a i najpoznatijeg gena za supresiju tumora, p53, sugerirajući moguće nove veze između NMD-a i raka.
Naslov istraživačkog rada je „Epistatičke interakcije između NMD i TRP53 kontrolnog održavanja matičnih ćelija i veličine mozga“. Zhengu su se u studiji pridružili Liang Chen sa Univerziteta Južne Kalifornije, Chun-Vei Chen iz Grada nade, Gene Ieo iz UC San Diego i članovi njihovih laboratorija.
U nastavku Zheng odgovara na pitanja o istraživanju.
Kao mehanizam nadzora, NMD cilja na defektnu mRNA koja proizilazi iz slučajnih mutacija ili grešaka u obradi RNK. Ne očekuje se da će ova slučajnost stvoriti idiosinkratične karakteristike neurorazvojnih poremećaja povezanih sa NMD faktorima.
Štaviše, NMD se javlja u svim tipovima ćelija i tkivima, ali se čini da je mozak posebno ranjiv na defekte NMD. Životinjski modeli neurono-specifičnih NMD defekata, praćeni dubinskim mehaničkim istraživanjem, potrebni su da bi se razumelo zašto su NMD mutacije obogaćene neurorazvojnim poremećajem, koji do sada nije sproveden delom zbog složenosti razvoja mozga i tehničkih izazova. seciranja funkcionalnih NMD supstrata.
Generisali smo različite životinjske modele nedostatka NMD tako što smo izbacili ključni faktor NMD, Upf2, u različitim tipovima ćelija, i utvrdili njihove fenotipske razlike. Otkrili smo da nedostatak NMD-a uzrokuje više uticaja na proliferativne nervne progenitore, što je u skladu sa idejom da je funkcija NMD-a neophodna za rani razvoj mozga i da su njegove mutacije obogaćene neurorazvojnim poremećajima.
Važno je da smo pokazali da nedostatak NMD u progenitornim ćelijama uzrokuje mikrocefaliju, novo otkriće koje povezuje put raspadanja NMD sa kontrolom veličine mozga. Da bismo secirali osnovne mehanizme i odredili funkcionalne NMD supstrate koji uzrokuju ove fenotipove, primenili smo najsavremenije tehnologije, uključujući CRISPR skrining, RNA-sek, CLIP-sek i jednoćelijski RNA-sek. Samo kroz ovaj integrativni pristup uspeli smo da otkrijemo molekularnu osnovu.
Kada smo pronašli fenotip mikrocefalije, koristili smo modele primarne ćelijske kulture da definišemo defekte rasta Upf2 nokauta, ili Upf2KO, u neuralnim progenitorima. Zatim smo primenili CRISPRi skrining da identifikujemo gene čija perturbacija može ometati defekt rasta Upf2KO NPC-a.
Među stotinama gena koje smo pregledali, identifikovali smo nekoliko kandidata i pratili glavnog kandidata, p53, za koji je dobro poznato da je gen supresor tumora koji kontroliše rast ćelija. Nakon toga, koristili smo različite pristupe pojedinačnih ćelija i tehnologije transkriptomije da bismo precizno utvrdili kako se NMD i p53 ukrštaju u kontroli rasta ćelija.
Identifikacija p53 sa CRISPRi ekrana bila je iznenađenje za nas jer je p53 jedan od najviše proučavanih gena, a mnogi pretpostavljaju da su njegovi genetski interaktori već identifikovani, a NMD nije napravio tu listu. Drugo, pokazali smo [da] nedostatak u Trp53, genu koji kodira p53 (ili TRP53), nije globalno preokrenuo inhibiciju NMD da bi se spasili defekti rasta.
Umesto toga, naš nalaz sugeriše da se aktivnost TRP53 ukršta sa NMD putem da reguliše progresiju ćelijskog ciklusa neuronskih progenitora. Ovaj presek predstavlja veoma mali deo NMD supstrata, što ukazuje da većina NMD supstrata ima marginalne funkcionalne uticaje na rast ćelija.
Da. NMD put je evolucijski očuvan i ključni faktor na koji smo se fokusirali u studiji, UPF2, je konzerviran između čoveka i miša. Ostali molekularni igrači koje smo identifikovali u ovoj studiji su takođe konzervirani. Njihov regulatorni odnos je repliciran u ljudskim ćelijama.
Planiramo da izgradimo ljudske matične ćelije koje nose NMD mutacije, tako da možemo da modifikujemo NMD aktivnost lekovima ili da regulišemo NMD ciljeve kako bismo spasili fenotipove u ljudskim neuronima. Pored toga, istražićemo da li nova uloga NMD-a doprinosi proširenju veličine mozga tokom evolucije.
