Um den neu identifizierten nichtkanonischen Spaltungsmechanismus zu entdecken und gründlich zu demonstrieren, verwendete das Forschungsteam der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) unter der Leitung von Prof. Tuan Anh Nguyen, Assistenzprofessor der Abteilung für Biowissenschaften, mehrere hochentwickelte Techniken, wie z miRNA-Sequenzierung, pri-miRNA-Strukturanalyse und Hochdurchsatz-pri-miRNA-Spaltungstests für etwa 260.000 pri-miRNA-Sequenzen.
Im Gegensatz zum kanonischen Mechanismus beruht der nichtkanonische Mechanismus nicht auf mehreren essentiellen Protein- und RNA-Elementen, die für den kanonischen Mechanismus erforderlich sind. Die Studie enthüllte auch bisher unerkannte DROSHA-Erkennungsstellen (DRES), die für die nichtkanonische Spaltung von entscheidender Bedeutung sind, aber auch im kanonischen Spaltungsmechanismus eine Rolle spielen können.
Darüber hinaus beleuchtet die Studie den evolutionären Aspekt dieses nichtkanonischen Spaltungsmechanismus und zeigt, dass er bei mehreren Tierarten konserviert ist. Dieser Befund legt nahe, dass der nichtkanonische Mechanismus eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung der miRNA-Biogenese und -Regulation spielt.
MicroRNAs (miRNAs) sind winzige RNA-Moleküle, die eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Aktivität von Genen spielen. Sie helfen bei der Steuerung verschiedener biologischer Prozesse wie Zellwachstum, Zellentwicklung und Immunität. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler intensiv an miRNAs geforscht, um ihre Funktionen und die an ihrer Produktion beteiligten Mechanismen besser zu verstehen.
Jetzt haben Wissenschaftler der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) eine bahnbrechende Entdeckung in der Molekularbiologie gemacht und einen nichtkanonischen Spaltungsmechanismus für den Mikroprozessorkomplex (MP, DROSHA-DGCR8-Komplex) enthüllt, der für die Produktion von miRNAs bei Menschen und anderen verantwortlich ist Tiere durch Verarbeitung primärer miRNA-Transkripte (pri-miRNAs).
Diese bahnbrechende Entdeckung wirft Licht auf ein seit langem bestehendes Rätsel der Molekularbiologie und könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der Genregulation, zellulärer Prozesse und der Entwicklung von miRNA-Biogenesewegen bei Tieren haben.
Der Mikroprozessorkomplex bei Tieren wurde 2004 entdeckt und seitdem wurden seine molekularen Mechanismen bei der Produktion von miRNAs von vielen Forschungsgruppen eingehend untersucht. Diese Studien zusammen erstellten ein molekulares Mechanismusmodell dieses Enzyms, das als kanonischer pri-miRNA-Verarbeitungsmechanismus bezeichnet wird.
Allerdings kann dieser Mechanismus nur erklären, wie das Enzym viele pri-miRNAs in Tieren spaltet. Da pri-miRNAs bei Tieren in Struktur und Sequenz sehr unterschiedlich sind, kann dieser Mechanismus nicht erklären, wie ein erheblicher Teil der pri-miRNAs verarbeitet wird.
Der nichtkanonische pri-miRNA-Verarbeitungsmechanismus, entdeckt und veröffentlicht in Molekulare Zelle, löst ein zwei Jahrzehnte langes Rätsel der Molekularbiologie bezüglich der Spaltung zahlreicher pri-miRNAs in Tieren und ergänzt den bisher bekannten kanonischen Mechanismus. Einfacher ausgedrückt enthüllt diese Entdeckung eine neue Art und Weise, wie unsere Zellen miRNAs produzieren, was Auswirkungen auf unser Verständnis der Genregulation, zellulärer Prozesse und der Entwicklung von miRNA-Biogenesewegen bei Tieren haben könnte.
Zu den wichtigsten Ergebnissen der HKUST-Studie gehören:
Die Entdeckung des nichtkanonischen Spaltungsmechanismus des MP-Komplexes in der miRNA-Biogenese hat weitreichende Auswirkungen auf zukünftige Studien in der Molekularbiologie. Die Identifizierung dieses Mechanismus eröffnet neue Forschungswege und erweitert unser Verständnis der regulatorischen Landschaft der miRNA-Biogenese bei Tieren.
Eine der bedeutendsten Implikationen ist die Möglichkeit, eine größere Vielfalt an Substraten für den MP-Komplex bei Tieren zu entdecken. Bisher konnte der kanonische Mechanismus die Verarbeitung bestimmter pri-miRNAs nicht erklären. Mit dem nichtkanonischen Mechanismus können Forscher nun RNA-Substrate neu bewerten, die bisher ungeklärt oder übersehen waren. Dies könnte zur Identifizierung neuer pri-miRNAs und anderer RNA-Substrate führen, die spezifisch durch den nichtkanonischen Mechanismus verarbeitet werden.
Eine weitere Implikation liegt in der Möglichkeit, neue Funktionen des MP-Komplexes bei Tieren aufzudecken. Da der nichtkanonische Mechanismus Kurzstamm-pri-miRNAs verarbeiten kann, deutet dies auf eine umfassendere zelluläre Rolle des MP-Komplexes hin. Dies könnte zur Entdeckung bisher unbekannter Rollen bei der Genregulation und zellulären Prozessen wie Entwicklung, Differenzierung und Immunität führen.
Schließlich unterstreicht diese Studie durch den Nachweis der Erhaltung des nichtkanonischen Mechanismus bei verschiedenen Tierarten, insbesondere bei Würmern wie C. elegans und C. briggsae, die evolutionäre Bedeutung dieses Mechanismus. Zukünftige Studien könnten sich eingehender mit den evolutionären Aspekten sowohl kanonischer als auch nichtkanonischer Mechanismen befassen und Aufschluss über die Entwicklung und Diversifizierung von miRNA-Biogenesewegen bei Tieren geben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entdeckung des nichtkanonischen Mechanismus in der miRNA-Biogenese neue Forschungsmöglichkeiten eröffnet und unser Verständnis der molekularen Mechanismen erweitert hat, die der miRNA-Produktion zugrunde liegen. Dies ebnet den Weg für zukünftige Entdeckungen in der Molekularbiologie und führt zu einem besseren Verständnis der Genregulation, zellulärer Prozesse und der Entwicklung von miRNA-Biogenesewegen bei Tieren.
Mehr Informationen:
Thuy Linh Nguyen et al., Nichtkanonische Verarbeitung durch tierischen Mikroprozessor, Molekulare Zelle (2023). DOI: 10.1016/j.molcel.2023.05.004