Профиль РНК поможет понять причины заболеваний головного мозга

Биологи из Великобритании получили полный транскриптом клеток коры головного мозга. С помощью секвенирования третьего поколениями специалистам удалось обнаружить изоформы РНК генов, связанных с развитием нейродегенеративных и психиатрических заболеваний. Статья опубликована в журнале Cell Reports.

С развитием некоторых заболеваний головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера и шизофрения, связаны нарушения в клетках процесса, который называется альтернативный сплайсинг. Альтернативный сплайсинг — нормальное явление, которое затрагивает 95 процентов всех генов. В результате него один ген дает начало нескольким разным РНК-продуктам. 

РНК, прежде чем выйти из ядра и начать выполнять свою функцию (чаще всего — матрицы для синтеза белка), должна пройти через созревание. Сплайсинг — один из этапов созревания РНК. При сплайсинге из РНК вырезаются некоторые нуклеотидные последовательности, а оставшиеся — сшиваются между собой. За счет вырезания разных комбинаций последовательностей из одного транскрипта может получиться несколько разных зрелых РНК — изоформ.

Получение полного репертуара последовательностей РНК (включая продукты альтернативного сплайсинга) в клетках головного мозга могут помочь установить причины таких заболеваний как уже упомянутые болезнь Альцгеймера и шизофрения. Но до недавнего времени получение полного транскриптома было ограничено существующей технологией секвенирования РНК. Секвенирование РНК предполагает синтез на матрице РНК комплементарной ей одноцепочечной ДНК (кДНК). Однако фермент обратная транскриптаза, которая выполняет эту операцию, синтезирует короткие последовательности, и их длины не хватает, чтобы охватить весь транскрипт. Исходные последовательности РНК потом восстанавливают из отдельных перекрывающихся кусочков (прочтений). На этапе восстановления последовательностей некоторые прочтения отбраковываются из-за недостаточной длины. В результате информация об имеющихся в клетке РНК оказывается недостаточно полной, чтобы однозначно установить различия в профилях РНК у больных и здоровых людей.

Группа биологов из Эксетерского Университета под руководством Джонатана Милла (Jonathan Mill) смогла получить полный транскриптом клеток коры головного мозга, включая множество неизвестных ранее продуктов альтернативного сплайсинга. Проблему, связанную с недостаточной длиной прочтений, специалисты решили, использовав технологию секвенирования третьего поколения. Эта технология позволяет получать прочтения длиной до 10 тысяч пар оснований. Такая длина прочтений позволяет охватить всю последовательность РНК, что уменьшает потерю информации из-за отбраковки фрагментов недостаточной длины. Из 13 тысяч генов, экспрессирующихся в клетках коры головного мозга, примерно 55 процентов (около 7 тысяч) имели больше одной изоформы РНК, а 1,5 процента — более 10 изоформ. Наибольшим количеством изоформ (40) ген MEG3 — длинная некодирующая РНК, которая подавляет рост опухолевых клеток.

Полученные изоформы ученые также соотнесли с генами, связанными с развитием болезни Альцгеймера, шизофрении и расстройств аутичного спектра. Всего таких генов получилось 610, при этом с развитием болезни Альцгеймера было связано 62 гена, с шизофренией — и 339, а с развитием расстройств аутичного спектра — 393. Этим генам соответствовало 2016 изоформ РНК, из 610 генов 420 обладали более чем одной изоформой. Больше всего изоформ было у гена TCF4, который связан с расстройствами аутичного спектра и шизофренией. Авторы отмечают, что некоторые из этих генов участвуют в создании гибридных транскриптов — РНК, образующихся в результате слияния кусков последовательностей разных генов.

Исследования транскриптомов широко применяются в биологии и медицине. Так, опираясь на данные об экспрессии, биологи нашли отличия мозга человека от остальных приматов, а также составили атлас нейронов первичной моторной коры млекопитающих.

Наталья Кондратенко