Исследование показало, что избыток РНК может фактически лишить клетки энергии

Фото из открытых источников

РНК, или рибонуклеиновая кислота, является одной из важнейших молекул, обеспечивающих правильное функционирование организма. Одна из её основных задач — преобразование информации, хранящейся в нашей генетике, в белки, которые, например, строят и управляют клетками.

Для поддержания здоровья клетки поддерживают тщательный баланс между производством и удалением РНК, но этот баланс может быть нарушен. Вирусы, как правило, производят больше РНК, а старение, некоторые виды рака и нейродегенеративные заболевания также могут вызывать нарушения.

В исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые описывают недавно обнаруженный способ, которым избыток РНК может нанести вред: он может мешать работе крошечных энергетических станций, называемых митохондриями, внутри клеток, ограничивая их способность к выработке энергии.

По мнению группы исследователей из Техасского университета A&M, это исследование открывает важные новые перспективы в изучении возрастных заболеваний, вирусных инфекций и методов лечения, направленных на РНК или использующих её в своей работе.

«Ученым давно известно, что деградация РНК помогает контролировать производство белков и удалять дефектную РНК», — говорит вирусолог Чжилун Ян из Колледжа ветеринарной медицины и биомедицинских наук (VMBS) Техасского университета A&M. «Наше исследование выявляет еще одну важную роль: он помогает клеткам поддерживать энергию, необходимую для нормального функционирования».

Исследователи добавили вирус оспы в культивируемые в лаборатории клетки человека, изменив химическую схему таким образом, чтобы стимулировать накопление РНК — поскольку в норме вирус усиливает как производство, так и деградацию РНК, чтобы выжить и избежать обнаружения.

Дальнейшие эксперименты включали прямую передачу РНК без инфицирования, в том числе мРНК (тип РНК, участвующей в синтезе белков) и двухцепочечной РНК (тип РНК, связанный с вирусами и вызывающий потенциально опасные иммунные реакции).

Потребление кислорода клетками использовалось в качестве косвенного показателя состояния митохондрий, что позволило исследователям связать количество РНК с состоянием митохондрий.

«Когда мы выделили только митохондрии и добавили РНК, мы все равно наблюдали повреждение митохондрий», — говорит Джамал Брахим Бельхауари из VMBS. «Именно тогда мы поняли, что это может быть ранее неизвестная клеточная реакция на РНК. Избыток двухцепочечной РНК или мРНК, которая не может эффективно расщепляться, в некоторых случаях может способствовать развитию заболеваний».

Избыток РНК был связан с уменьшением потребления кислорода и выработки энергии клетками, и эта реакция происходила до активации иммунной системы, что позволяет предположить, что это не вызвано стандартной реакцией организма на чрезвычайную ситуацию.

И хотя двухцепочечная РНК и ранее связывалась с повреждением клеток – пусть и не связанным с митохондриями – включение мРНК в этот анализ также предполагает, что избыток этих молекул в целом вреден для клеток.

«мРНК — это нормальный компонент наших клеток, но, похоже, избыток многих полезных веществ может стать проблемой для клетки», — говорит Ян. «Когда накапливается слишком много РНК, включая мРНК, это может повредить митохондрии и нарушить способность клетки вырабатывать энергию».

Следующие шаги — выяснить, почему это происходит, и подтвердить связь между избытком РНК и митохондриями, испытывающими нагрузку. Проверка этих результатов на живых организмах также должна дать нам больше информации о задействованных реакциях.

Поскольку РНК является таким важным посредником для организма, её часто используют в вакцинах для создания безвредного фрагмента вируса, который затем защищает от настоящего вируса. В дальнейшем эти открытия могут помочь сделать такие вакцины более безопасными и эффективными.

Также разрабатываются РНК-терапии, направленные на атаку клеток, в частности, раковых. Опять же, понимание того, как и почему РНК может перегружать митохондрии, будет полезно и здесь, как только ученые точно подтвердят механизм её действия.

«Мы предполагаем, что отрицательно заряженная РНК может накапливаться вокруг митохондрий и нарушать электрический баланс, необходимый для производства энергии, хотя механизм этого процесса неизвестен», — говорит Ян. «Это новая концепция, которую мы продолжаем изучать. Понимание этого механизма может помочь исследователям разрабатывать и оптимизировать будущие терапевтические препараты и вакцины на основе РНК, лучше понимая, как клетки реагируют на большие объемы РНК».