Динамика фосфорилирования РНК-полимеразы II: от молекулярных механизмов до заболеваний человека.

Модификации РНК стали основными регуляторами контроля трансляции при раке. В отличие от транскрипционных перестроек, которые разворачиваются в течение часов, зависящее от модификаций перекрытие трансляции позволяет быстро адаптировать протеом к неблагоприятному микросреде опухоли с дефицитом питательных веществ, гипоксией и иммунологическим давлением. Тем не менее, большинство существующих обзоров структурируют механизмы эпитранскриптомики по типу модификаций или признакам рака, что затрудняет понимание механистической логики, по которой химические метки коллективно изменяют трансляционный аппарат. Этот обзор принимает ориентированный на трансляцию подход, исследуя, как наиболее распространенные модификации на мРНК, тРНК и рРНК регулируют каждую стадию синтеза белка в злокачественных клетках. Мы рассматриваем инструменты эпитранскриптомики, включая химические структуры модификаций, ферментные «писатели», «читатели» и «стиратели», а также технологии детекции, включая секвенирование РНК с использованием нанопор. Затем мы проследим, как модификации контролируют инициацию (циркуляция мРНК под управлением м6A, кап-зависимая трансляция eIF3 и eIF4G2, переключение капы на IRES под управлением 2'-O-метилирования рРНК), элонгацию (остановка рибосом, вызванная м6A, связанная с распадом мРНК, трансляция с уклоном в кодоны с участием тРНК mcm5s2U, набор фактора элонгации, зависящий от YTHDF1) и терминацию (чтение стоп-кодона через псевдоуридинизирование, избегание NMD). Критически важно отметить, что модификации мРНК, тРНК и рРНК не действуют изолированно, а формируют интегрированные сети. Например, м6A на мРНК и tRNA mcm5s2U действуют на противоположных сторонах одной и той же регуляторной оси, что имеет прямые последствия для разработки терапии. Мы оцениваем растущий портфель лекарств, начиная от ингибитора METTL3 STC-15, который сейчас находится на испытаниях 1b/2 фазы, и PROTAC для нацеливания на METTL3, до ингибиторов FTO и ADAR1, и утверждаем, что стратегии комбинированного лечения, основанные на биологии, нацеливающиеся на несколько осей модификаций, будут необходимы для обеспечения долговременного клинического ответа.

Сезонный грипп вызывает значительную заболеваемость и смертность, причем вирусы гриппа A и B являются причиной большинства госпитализаций и случаев смерти, связанных с гриппом. Вакцинация остается ключевой стратегией профилактики гриппа; однако современные вакцины против сезонного гриппа, основанные на традиционных платформах, обеспечивают непостоянную защиту. Вакцины на основе мРНК могут предложить несколько ключевых преимуществ по сравнению с другими вакцинами, включая гибкость в оптимизации экспрессии антигенов для повышения иммуногенности без необходимости в адъювантах. mRNA-1010 является экспериментальным кандидатом на вакцину против сезонного гриппа, который кодирует гемагглютинины (ГАГ) из вирусов гриппа, рекомендованных ВОЗ. В этом рандомизированном исследовании фазы 2 оценивались безопасность, реактивность и иммуногенность трех составов вакцины mRNA-1010 у здоровых взрослых в возрасте от 18 до 49 лет в США (NCT05868382). Подходящие участники были случайным образом назначены для получения однократной дозы одного из составов mRNA-1010 на нескольких уровнях доз. Основной целью была безопасность и реактивность составов кандидатов на вакцину mRNA-1010 по отношению к вакцинно-совместимым штаммам; вторичные и исследовательские цели включали гуморальную и клеточную иммуногенность в оценочных временных точках соответственно. Двести семьдесят участников получили вакцинацию в рамках исследования с мая по декабрь 2023 года. Все составы вакцины mRNA-1010 хорошо переносились, и никаких проблем с безопасностью не было выявлено; все составы вызывали специфические гуморальные и клеточные иммунные ответы на все оцененные штаммы гриппа, при этом оптимизированные составы демонстрировали более высокие иммунные ответы на штаммы гриппа B по сравнению с оригинальным составом mRNA-1010. Эти результаты, вместе с данными других клинических исследований mRNA-1010, поддерживают продолжение оценки mRNA-1010 для повышения защиты от сезонного гриппа.

Повреждение сетчатки ишемией-реперфузией (ПСИР) является одним из основных патогенетических механизмов острого глаукомы, диабетической ретинопатии и окклюзии центральной вены сетчатки. N6-метиладенозин (мA) представляет собой распространенную посттранскрипционную модификацию эукариотических РНК, которая связана с патогенезом различных заболеваний, включая ангиогенез, посредством регулирования метаболизма РНК и ее функций. Цель данного исследования заключалась в том, чтобы определить потенциальную значимость метилирования РНК мA в патогенезе ПСИР. В группе ПСИР было идентифицировано 10,851 мРНК и 23,270 связанных с ними модифицированных пиков мA. Аналогично, в группе Sham было обнаружено 10,391 мРНК и 22,935 модифицированных пиков мA. MeRIP-seq выявил 3,871 специфических пиков мA для ПСИР и 3,624 специфических пиков мA для Sham, в дополнение к 19,399 общим пикам между группами. Анализ генетической онтологии (GO) показал, что гиперметилированные мРНК были обогащены в клеточных процессах, клеточных анатомических сущностях и связывании, тогда как гипометилированные мРНК были обогащены в синаптической сигнализации, синапсах и деятельности ионных каналов. Анализ путей Киото (KEGG) указал на то, что гиперметилированные мРНК были вовлечены в формирования плотных соединений, сигнальный путь Hippo и сигнальный путь PI3K-Akt, тогда как гипометилированные мРНК были связаны с взаимодействием нейроактивных лигандов и рецепторов, глутаматергическими и холинергическими синапсами. Совместный анализ выявил мРНК с дифференциальным метилированием мA и экспрессией одновременно. Среди них паттерны экспрессии были подтверждены с помощью RT-qPCR и совпадали с результатами секвенирования. Полученные результаты продемонстрировали измененный эпитранскриптом мA в сетчатках при ПСИР. Эти метилированные РНК могут служить новыми модуляторами и мишенями при ПСИР.

Недавние данные указывают на изменения в редактировании РНК и дисрегуляцию сигнального пути типа I интерферона в заболеваниях, связанных с иммунитетом, включая псориаз, хотя генетические механизмы остаются плохо определенными. Мы исследовали четыре несвязанные многоплодные семьи с ранним началом бляшечного псориаза, с или без псориатического артрита, которые наследуются как моногенная черта и характеризуются сильной сигнатурой интерферона в коже и крови. Секвенирование всего экзома выявило четыре редкие гетерозиготные мутации потери функции в гене ADAR1, которые сопутствовали заболеванию и повышенному экспрессированию генов, индуцированных интерфероном. Шесть дополнительных редких вариантов были обнаружены в независимой когорте из 125 пациентов с псориазом. Одноклеточная транскриптомика выявила кератиноциты и меланоциты как основные источники интерферона. Функциональные исследования показали, что быстрая инактивация ADAR1 или экспрессия патогенных вариантов ADAR1G1119R и ADAR1P3A снижали редактирование РНК аденозина в инозин и увеличивали уровни генов, индуцированных интерфероном, и воспалительных цитокинов, эффекты которых были нивелированы препаратом упадацитиниб и деукравацитиниб. Эти данные определяют новый подтип псориаза, зависимый от интерферона, вызванный врожденными дефектами редактирования РНК, опосредованными ADAR1, что имеет прямые последствия для прецизионной медицины в лечении псориатического заболевания.

Глиомы представляют собой группу распространённых первичных опухолей головного мозга с высоким уровнем злокачественности и плохим прогнозом. В настоящее время в клинической практике отсутствуют целевые терапевтические средства для лечения глиомы. В данном исследовании был обнаружен новый механизм взаимодействия, способствующий чрезмерной экспрессии гена интеграции вируса лейкемии друга (Friend leukemia virus integration 1, FLI1) у глиом. Член семейства транскрипционных факторов ETS, FLI1, был повышен в глиоме, и его экспрессия была связана с злокачественным фенотипом и плохим прогнозом заболевания. Примечательно, что отклонённая экспрессия FLI1 в глиоме регулировалась экзонным циркулярным РНК FECR1 через механизм положительной обратной связи. Нокаут FECR1 подавляет опухолевые фенотипы клеток глиомы. Используя RNA-Seq и анализы Co-IP, данное исследование идентифицировало интерферон-стимулируемый ген 15 (ISG15), паракринный фактор, известный своей способностью перепрограммировать опухолевую иммунодепрессивную микроокружение, как новую молекулярную мишень для FLI1 у глиомы. ISG15 координируется с FLI1 для подавления иммунной функции, включая секрецию цитокинов перфорина, IFN-γ, TNF-α и IL-2 из Т-клеток, а также перфорина из Т-клеток типа γδ. Механизм действия FLI1 заключается в связывании с регуляторными элементами промотора, где он активирует ген, организуя активную интрахромосомную пространственную петлю с характерной гипометилированием ДНК и ацетилированием гистонов H3K9 и H3K27. Будучи конечной мишенью, ISG15 также участвует в положительном цикле обратной связи с FLI1, усиливая его стабильность от деградации, индуцированной убиквитинацией. Таким образом, нацеливание на эту обратную связь может представить собой новую стратегию для разработки терапевтических средств против глиом.

Каштаны ослов – это безволосые, темноокрашенные кератинизированные структуры, расположенные на медиальных конечностях передних лап. Они анатомически отличаются от окружающей кожи. Несмотря на их уникальную морфологию, молекулярные механизмы, лежащие в основе их формирования и функции, остаются слабо изученными. Для изучения тканей каштанов и кожи у четырех ослов Дэчжоу был применен интегрированный многоомный подход. Для оценки транскриптомных различий было проведено секвенирование РНК (RNA-seq) на шести образцах, за которым последовало секвенирование РНК на уровне отдельных клеток (scRNA-seq) для определения клеточного состава и протеомный анализ для характеристики паттернов экспрессии белков. В ткани каштанов было выявлено исключительно высокое выражение кератина, включая KRT1, KRT5, KRT10 и KRT14 (TPM > 13 000), а также обогащение эндотелиальными клетками, перицитами, T-лимфоцитами и тучными клетками. Протеомный анализ показал значительное увеличение уровня коллагена I (COL1A1/COL1A2), что указывает на активную ремоделирование внеклеточного матрикса. Анализ путей выявил обогащение активностью пероксисом, метаболизмом жирных кислот, сигнальным путем PPAR и сетью PI3K-Акт. Эти результаты в целом демонстрируют, что каштан осла является метаболически активной специализированной барьерной тканью с уникальным клеточным и молекулярным профилем. Его уникальные сигнатуры, связанные с кератинизацией, пигментацией и обогащением иммунными клетками, предполагают потенциальные функции в барьерной защите и регуляции воспаления, что создает основу для дальнейшего изучения биологического значения этой малоизученной структуры.