I en studie från labbet av Whitehead Institute-medlemmen David Bartel har forskare identifierat genetiska sekvenser som kan leda till nedbrytning av cellulära regulatorer som kallas mikroRNA i fruktflugan Drosophila melanogaster. Fynden publicerades den 22 september i Molecular Cell .

"Det här är en spännande studie som banar väg för en djupare förståelse av mikroRNA-nedbrytningsvägen", säger Bartel, som också är professor i biologi vid Massachusetts Institute of Technology och utredare vid Howard Hughes Medical Institute. "Att hitta dessa "trigger"-sekvenser kommer att tillåta oss att mer exakt undersöka hur denna väg fungerar i labbet, vilket sannolikt är avgörande för flugor - och möjligen andra arter - för att överleva till vuxen ålder."

För att producera nya proteiner transkriberar celler sitt DNA till budbärar-RNA (eller mRNA), som ger information som krävs för att göra proteinerna . När ett givet mRNA har tjänat sitt syfte, bryts det ned. Nedbrytningsprocessen leds ofta av små RNA-sekvenser som kallas mikroRNA.

I tidigare arbeten har forskare visat att vissa mRNA- eller icke-kodande RNA-transkript, snarare än att brytas ned av mikroRNA, istället kan vända tabellen på mikroRNA och leda till deras förstörelse genom en väg som kallas målriktad mikroRNA-nedbrytning, eller TDMD. "Den här vägen leder till snabb omsättning av vissa mikroRNA i cellen", säger tidigare Bartel Lab-studenten Elena Kingston.

Kingston ville ytterligare förstå funktionerna hos TDMD-vägen i celler. "Jag ville komma till "varför", sa hon. "Varför regleras mikroRNA på detta sätt, och varför spelar det någon roll i en organism?"

Tidigare arbete med TDMD-vägen utfördes främst i odlade celler. För den nya studien beslutade forskarna att använda fruktflugan Drosophila melanogaster. En flugmodell kan ge mer insikt i hur vägen fungerade i en levande organism - inklusive om den hade en effekt på organismens kondition eller inte var avgörande för överlevnad.

Forskarna skapade en modell för att studera TDMD genom att använda flugor med mutationer i en viktig TDMD-väggen som heter Dora (motsvarande mänskliga gen kallas ZSWIM8, som beskrivs i detta dokument). Mycket få flugor med mutationer i Dora sågs ta sig till vuxen ålder. De flesta dog tidigt i utvecklingen, vilket tyder på att TDMD-vägen sannolikt var viktig för deras embryonala livskraft.

Sätta fingret på triggers för TDMD-vägen

Medan mikroRNA inte behöver många komplementära baspar för att binda och reglera sina mRNA-mål, är det motsatta sant i TDMD-vägen. För att fungera korrekt behöver TDMD-vägen en mycket specifik trigger, som antingen kan vara ett mRNA som kodar för proteiner eller ett icke-kodande RNA. "Det som är unikt med en trigger är att den har en plats som mikroRNA kan binda till som har mycket komplementaritet till mikroRNA," sa Kingston.

Under isoleringen av den tidiga COVID-19-pandemin satte Kingston sig för att skriva ett program som kunde välja ut troliga utlösare av mikroRNA-nedbrytning i Drosophila baserat på deras sekvenser. Programmet gav tusentals träffar, och forskarna började arbeta med att begränsa vilka webbplatser som var de bästa kandidaterna att testa i flugor.

"Så fort vi kunde komma tillbaka till labbet [efter låsningen] tog jag våra tio bästa kandidater och försökte störa dem i flugor," sa hon. "Lyckligtvis för mig, slutade ungefär hälften av dem med att träna."

Dessa sex nya utlösare mer än fördubblar listan över kända RNA-sekvenser som kan styra nedbrytning av mikroRNA. För att ta detta fynd ett steg längre, genomförde forskarna en analys av vad som hände med flugorna när en utlösare stördes.

Forskarna fann att en av triggarna - ett långt icke-kodande RNA - spelar en roll för korrekt utveckling av nagelbandet, eller det vattentäta yttre skalet på ett flugembryo. "Vi märkte att när vi störde den här utlösaren, hade nagelbanden på flugembryon förändrat elasticiteten," sa Kingston. "När vi plockade ut embryona ur deras äggskal kunde vi se dessa nagelband expandera och svälla upp."

På grund av den uppsvällda fenotypen bestämde sig Kingston för att döpa den långa icke-kodande RNA-margen efter moster Marge, en karaktär i Harry Potter-serien. I "Harry Potter och fången från Azkaban" får moster Marges hån att Harry av misstag utför magi på henne, vilket får henne att blåsa upp och sväva iväg.

I framtiden hoppas Kingston, som sedan har tagit examen och börjat en karriär inom bioteknikindustrin, att forskare kommer att ta upp facklan när det gäller att lära sig rollerna för andra TDMD-utlösare. "Vi har fortfarande flera andra triggers [från detta dokument] där det inte finns någon känd biologisk roll för dem i flugan," sa hon. "Jag tror att detta öppnar upp för andra att gå in och ställa frågorna:'Var verkar dessa triggers? Vad gör de? Och vad är fenotypen när du tappar dem?'" + Utforska vidare

mRNA kan vända på sina mikroRNA-regulatorer, visar studien