Forscher des Center for RNA Research, Institute for Basic Science (IBS) in Seoul haben eine Studie mit entscheidenden neuen Erkenntnissen über die Struktur und Funktion des Dicer-Enzyms veröffentlicht. Dicer ist ein Enzym, das für die Biogenese von miRNAs und kleinen interferierenden RNAs (siRNAs) erforderlich ist, die wiederum Treiber für das RNA-Silencing und die posttranskriptionelle Regulierung der Genexpression sind, eine der vielen Kontrollmechanismen des Körpers für die Proteinproduktion.
RNA-Silencing erfordert eine effiziente Verarbeitung von doppelsträngiger RNA zu miRNAs und siRNAs durch Dicer. Wie der Name schon sagt, nimmt Dicer die größere Struktur, doppelsträngige RNA, und schneidet sie in kleinere funktionierende Stücke. Die Spezifität der Dicer-Verarbeitung wurde bisher nur teilweise verstanden, und einige der Dicing-Aktivitäten mussten erklärt werden, obwohl sie funktionsfähig waren.
Die Studie „Sequence determinant of small RNA production by DICER“ wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur.
Die aktuelle Forschung enthüllte ein tief konserviertes cis-wirkendes Element, das als „GYM-Motiv“ bezeichnet wird, in der Nähe der Spaltungsstelle. Das bedeutet, dass Dicer, wenn es Vorläufer-RNA-Moleküle spaltet, um miRNA zu produzieren, Orientierungspunkte (cis-regulatorische Elemente) innerhalb der RNA verwenden kann, um genau zu wissen, wo geschnitten werden muss. Dieser Mechanismus ermöglicht es Dicer, den zuvor identifizierten Mechanismus des „Lineal“-ähnlichen Zählens von den 5′- und 3′-Enden der Prä-miRNA aus zu überschreiben, und löst das Rätsel, wie einige der Präzisions-Dicings stattfinden.
Die Studie verwendete Massively Parallel Assays mit Prä-miRNA-Varianten und dem humanen Dicer-Enzym (DICER1). Die Forscher veränderten selektiv das GYM-Motiv, bewerteten die Fähigkeit des modifizierten Dicer-Enzyms, doppelsträngige RNA zu verarbeiten, und stellten fest, dass es „eine starke Determinante der DICER-vermittelten Verarbeitung“ ist. Das intakte GYM-Motiv verbesserte auch die RNA-Interferenz.
Stammerkennung durch dsRBD und RIIID. Die C-terminale dsRBD von DICER zeigt eine große Konformationsänderung, um dsRNA im katalytischen Tal aufzunehmen. In der Nähe der Spaltungsstellen wird diese große Furche der RNA-Helix erweitert und zwischen dsRBD und RIIIDa eingeschlossen. Die Fehlpaarung des GYM-Motivs wird von R1855 von dsRBD erkannt. Kredit: Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05723-3
Die Analyse ergab auch, dass eine krebsassoziierte Substitution in Dicer die Erkennung des GYM-Motivs stört. Diese Entdeckung könnte für zukünftige Untersuchungen von entscheidender Bedeutung sein, da bestimmte Krebsarten mit erhöhten oder verringerten Dicer-Spiegeln korrelieren und der Zusammenhang derzeit nicht verstanden wird.
Zusammen stellen die Forscher fest, dass ihre Ergebnisse „… einen integralen und konservierten Mechanismus der Substraterkennung durch DICER aufdecken und einen Rahmen bieten, um zu verstehen, wie DICER kleine RNAs für die biologische und therapeutische Regulation produziert.“
Mehr Informationen:
Young-Yoon Lee et al, Struktur des menschlichen DICER-prä-miRNA-Komplexes in einem Würfelzustand, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05723-3
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