Открытие GHR-мотива раскрывает новый механизм обработки микроРНК у растений

Мотивы последовательностей и специфичность сайтов расщепления ферментов DCL1 и других РНКаз III. (a) GHR-мотивы определяют сайт расщепления DCL1. (b) Мотивы последовательностей, распознаваемые DCL1, Dicer и Drosha, с сайтами расщепления, отмеченными черными стрелками. Сходные предпочтения нуклеотидов выделены красным. R: A или G; Y: C или U. Автор: Nature Plants (2025). DOI: 10.1038/s41477-025-02067-w

МикроРНК (miRNAs) — это небольшие молекулы РНК, регулирующие экспрессию генов, контролируя матричные РНК (mRNAs). Они играют ключевую роль в различных биологических процессах, включая развитие, реакции на стресс и эпигенетическую регуляцию. У растений фермент DICER-LIKE 1 (DCL1) превращает предшественники микроРНК в зрелые молекулы, а мутации в DCL1 могут привести к нарушениям развития, таким как задержка цветения и аномалии листьев, что делает его точность критически важной для роста растений.

Исследовательская группа под руководством профессора Нгуен Туан Аня из Отдела наук о жизни Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) добилась значительного прогресса в понимании биогенеза микроРНК, разработав массово-параллельный метод анализа для изучения человеческого фермента DICER, который функционирует аналогично растительному DCL1. Их результаты опубликованы в журнале Nature Plants.

Инновационный подход раскрывает GHR-мотив в обработке микроРНК у растений

Метод включает тысячи РНК-субстратов и использует глубокое секвенирование и вычислительный анализ для идентификации элементов РНК, контролирующих точность и эффективность расщепления DICER. Опираясь на этот опыт, команда профессора Нгуена применила свой метод для изучения того, как DCL1 определяет сайты расщепления в предшественниках микроРНК.

Совместно с группой доктора Чэнь Сюэмэй из Пекинского университета исследователи выявили ключевые структурные и последовательностные элементы РНК, определяющие точность и эффективность DCL1, сосредоточившись на открытии и характеристике цис-РНК-элементов, направляющих активность расщепления DCL1.

Это новаторское исследование идентифицировало GHR-мотив как критический фактор специфичности расщепления DCL1, используя рандомизированную РНК-библиотеку из более чем 46 000 последовательностей и инновационный метод анализа для определения предпочтений DCL1.

GHR-мотив функционирует независимо от dsRBD и геликазных областей DCL1, влияя на расщепление через домен RIIIDa, что раскрывает новый механизм взаимодействия DCL1 с РНК-субстратами. Кроме того, GHR-мотив консервативен у различных видов растений, подчеркивая его эволюционную важность в обработке микроРНК.

Примечательно, что ключевой компонент GHR-мотива, C-G-пара оснований, также обнаружен в сайтах расщепления двух животных ферментов РНКазы III: двойного YCR-мотива у Dicer2,3 и DRES-мотива у Drosha4.

Исследование также описывает альтернативный механизм у растений для производства неканонических 22-нуклеотидных микроРНК, облегчаемый GHR-мотивом. Это открытие добавляет новый уровень сложности к вариациям длины микроРНК и подчеркивает его регуляторные последствия для экспрессии генов в различных растительных системах.

GHR-мотив: углубление понимания регуляции генов и развития растений

Полученные данные о GHR-мотиве позволяют точно модифицировать пути микроРНК, потенциально улучшая такие признаки, как время цветения, устойчивость к стрессу и урожайность. Введение нового пути для производства 22-нуклеотидных микроРНК, необходимых для запуска вторичного РНК-интерференции и регуляции сложных генетических сетей, открывает новые возможности для понимания более широких функций регуляции генов микроРНК.

Кроме того, инновационный массово-параллельный метод анализа и изучение GHR-мотива могут быть применены к исследованиям других DICER-подобных ферментов, углубляя наше понимание РНК-опосредованной регуляции генов.

Профессор Нгуен заявил: «Это исследование значительно продвигает наше понимание биогенеза микроРНК и подчеркивает критическую роль элементов РНК в регуляции генов и развитии растений. Открытия, сделанные в этой работе, дают ценные сведения об эволюционной консервации механизмов обработки микроРНК и способствуют разработке инновационных подходов для улучшения сельскохозяйственных культур».

Дополнительная информация: Thi Nhu-Y Le et al, Key RNA elements influencing DCL1 cleavage in plant microRNA biogenesis, Nature Plants (2025). DOI: 10.1038/s41477-025-02067-w

Источник: Hong Kong University of Science and Technology