Некорректное полиаденилирование может стать причиной развития расстройств аутистического спектра
Расстройство аутистического спектра - (autism spectrum disorder, ASD) – общее расстройство развития, характеризующееся перманентным дефицитом в социальной коммуникации и умственной отсталостью. Известно, что расстройства аутистического спектра наследуются, однако генетика этой группы заболеваний очень сложна. Существует целая группа генов, ассоциированных с ASD (т.н. гены «группы риска»), нарушение экспрессии которых ведет к развитию какой-либо формы расстройства. Считается, что генетические факторы вносят вклад в риск развития заболевания примерно в половине случаев. Вторую же половину случаев связывают с воздействием негативных внешних факторов, способных повлиять на формирование нервной системы еще в эмбриональном периоде.
Испанские ученые из центра молекулярной биологии имени Северо Очоа обратили внимание, что у индивидуумов, страдающих различными формами расстройств аутистического спектра, наблюдается дисбаланс изоформ транскрипта СРЕВ 4. РНК-связывающие белки CPEB 1–4 (cytoplasmic polyadenylation element binding proteins 1–4) являются трансляционными активаторами "молчащих" мРНК, стимулирующими цитоплазматическое полиаденилирование и таким образом активирующими трансляцию. Цитоплазматическое полиаденилирование происходит при связывании белка семейства CPEB с участком CPE (cytoplasmic polyadenylation element), который находится в 3'- нетранслируемой области активируемой мРНК. В более ранних работах было показано, что белки CPEB 1–4 принимают участие в развитии эмбриона (активируют или подавляют трансляцию определенных мРНК в ответ на изменение концентрации гормонов), а также в регуляции синаптической пластичности.
Используя образцы, взятые из полосатого тела мышей с болезнью Хантингтона, исследовали провели иммунопреципитацию стриарной РНК. Было показано, что среди мРНК, специфично связывающихся с CPEB 4, преобладали деаденилированные формы (с укороченным полиА-хвостом). Более того, наибольший дисбаланс изоформ наблюдался для мРНК-транскриптов генов «группы риска» ASD (например, гена Auts2). Проанализировав базу данных SFARI, в которой собрана информация о генах, ассоциированных с развитием аутизма, ученые пришли к выводу, что большинство транскриптов таких генов содержат в 3'- нетранслируемой области участок CPE и являются мишенями для CPEB 4.
На следующем этапе эксперимента ученые использовали программу обработки транскриптомных данных rMATS (replicate multivariate analysis of transcript splicing) и провели анализ данных РНК-секвенирования образцов коры головного мозга умерших, страдавших при жизни идиотипическими формами ASD. Было показано, что большинство транскриптов СРЕВ 4 у больных ASD не содержат экзон 4 – 24-нуклеотидный нейрон-специфичный микроэкзон, кодирующий белковый фрагмент из 8 аминокислот (В-регион), принимающий участие посттрансляционных модификациях, таких как фосфорилирование и т.п.
Анализ длины поли-А хвостов мРНК, выделенной из тех же образцов, показал, что 9% от общего количества мРНК-транскриптов имели укороченный поли(А)-хвост. Причем большая часть этих мРНК приходилась на транскрипты генов «группы риска» ASD (которые, как было показано на мышиной модели, содержат СРЕ-участки для связывания с СРЕВ 4). Белковый состав образцов также показал уменьшение количества СРЕВ 4 по сравнению с контролем (образцы коры головного мозга умерших из «неврологически типичной» группы).
На мышиных моделях (линия мышей, несущих СРЕВ 4 с делетированным микроэкзоном 4 - TgCPEB4Δ4) авторы показали, что дисбаланс в изоформах транскрипта СРЕВ 4 вызывает изменения в ходе полиаденилирования мРНК и индуцирует ASD-подобные нейроанатомические, электрофизиологические и поведенческие изменения. По словам авторов, результаты данной работы говорят о том, что половина случаев ASD, считающаяся не обусловленной генетически, может быть вызвана какими-либо внешними факторами, выступающими в роли триггеров, запускающих процессы дефектного сплайсинга CPEB 4. В результате такого сплайсинга не происходит включение нужного микроэкзона в мРНК-транскрипт, который, в свою очередь, приводит к ошибкам трансляции и недостатку белка CPEB 4, что, в конечном счете, понижает уровень экспресии СРЕ-содержащих генов, к которым относятся гены «группы риска» ASD.