ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В РЕГУЛЯЦИИ ДИСКРЕТНОЙ ФРАГМЕНТАЦИИ 18S РРНК РАСТЕНИЙ
DOI:
https://doi.org/10.26577/eb.2022.v91.i2.011Ключевые слова:
дискретная фрагментация 18S рРНК, тепловой шок, цитоплазматические РНК, трансляция мРНК, 40S рибосомные субчастицыАннотация
В стрессовых условиях клетки должны быстро сокращать уровень общей трансляции мРНК, поддерживая при этом синтез некоторых специальных белков, которые помогают сопротивляться стрессу. У животных и дрожжей торможение скорости синтеза белка в основном связано с модификацией активности факторов инициации и элонгации трансляции. В клетках растений многие из этих регуляторных механизмов не реализуются. Мы предполагаем, что у растений функционирует альтернативный механизм подавления трансляции мРНК, связанный с сайт-специфической фрагментацией молекул 18S рРНК в составе 40S рибосомных субастиц. Понимание молекулярных механизмов ответа растений на стрессовые воздействия является основой для повышения эффективности селекционного процесса с целью получения устойчивых к стрессам сортов экономически важных видов растений. Нами было обнаружено, что во время теплового шока в клетках различных видов растений накапливаются дискретные молекулы РНК, представляющие собой 5’-концевые фрагменты 18S рРНК, остающиеся связанными в составе рибосомных субчастиц. В настоящей работе методом гибридизации нуклеиновых кислот проведено исследование РНК-интерференции как возможного механизма, опосредующего явление дискретной фрагментации 18S рРНК растений в ответ на тепловой шок. Молекулы микроРНК, комплементарные целевым участкам 18S рРНК, по которым осуществлялись ее разрывы с образованием стресс-индуцированных 5’-концевых РНК-фрагментов, обнаружены не были. Выявленные в ходе работы малые 5’-концевые фрагменты 18S рРНК предлагается использовать как новый тип биомаркеров стресса в клетках растений. Отработанная методика гибридизации нуклеиновых кислот с использованием DIG-меченого зонда, комплементарного высоко консервативному 5’-концевому участку 1-35 18S рРНК растений может быть использована для эффективного детектирования этих РНК-маркеров стресса.
Библиографические ссылки
Ballard D.J., Peng H.-Y., Das J.K., Kumar A., Wang L., Ren Y., Xiong X., Ren X., Yang J.-M., Song J. Insights into the pathologic roles and regulation of eukaryotic elongation factor-2 kinase // Front. Mol. Biosci. - 2021. – Vol.8. – P. 839.
Smailov S.K., Lee A.V., Iskakov B.K. Study of phosphorylation of translation elongation factor 2 (EF-2) from wheat germ // FEBS Lett. – 1993. – Vol. 321. – P. 219–223.
Gallie D.R., Le H., Caldwell C., Browning K.S. Analysis of translation elongation factors from wheat during development and following heat shock // Biochem. Biophys. Res. Comm. – 1998. – Vol.245. – P. 295-300.
Hernandez G., Altmann M., Lasko P. Origins and evolution of the mechanisms regulating translation initiation in eukaryotes // Trends Biochem. Sci. -2010. – Vol.35. – P. 63-73.
Echevarria-Zomeno S., Yanguez E., Fernandez-Bautista N., Castro-Sanz A.B., Ferrando A., Castellano M.M. Regulation of translation initiation under biotic and abiotic stresses // Int. J. Molec. Sci. - 2013. – Vol.14. – P. 4670-4683.
Browning K.S., Bailey-Serres J. Mechanism of cytoplasmic mRNA translation // Arabidopsis Book. - 2015. – Vol.13. – P. e0176.
Baird Th.D., Wek R.C. Eukaryotic initiation factor 2 phosphorylation and translational control in metabolism // Adv. Nutr. - 2012. - Vol. 3. – P. 307-321.
Shaikhin S.M., Smailov S.K., Lee A.V., Kozhanov E.V., Iskakov B.K. Interaction of wheat germ translation initiation factor 2 with GDP and GTP // Biochimie. – 1992. - Vol. 74. - P. 447–454.
Zhigailov A.V., Alexandrova A.M., Nizkorodova A.S., Stanbekova G.E., Kryldakov R.V., Karpova O.V., Polimbetova N.S., Halford N.G., Iskakov B.K. Evidence That Phosphorylation of the α-subunit of eIF2 does not essentially inhibit mRNA translation in wheat germ cell-free system // Front. Plant Sci. – 2020. – Vol. 11. – P. 936.
Immanuel T.M., Greenwood D.R., MacDiarmid R.M. A critical review of translation initiation factor eIF2α kinases in plants – regulating protein synthesis during stress // Funct. Plant Biol. – 2012. – Vol. 39. – P. 717–735.
Zhanybekova S.S., Polimbetova N.S., Nakisbekov N.O., Iskakov B.K. Detection of a new small RNA, induced by heat shock, in wheat seed ribosomes // Biochemistry (Moscow). – 1996. - Vol. 61. - P. 862-870.
Жигайлов А.В., Полимбетова Н.С., Дощанов Х.И., Искаков Б.К. Обнаружение в клетках растений новой 55-нуклеотидной цитоплазматической РНК, соответствующей 5’-концевому фрагменту 18S РНК // Вестник КазНУ, Серия биологическая и медицинская. – 2014. –№1. – С. 191-194.
Жигайлов А.В., Полимбетова Н.С., Боранқұл Р.И., Искаков Б.К. Исследование дискретной фрагментации 18S рРНК в составе 40S рибосомных субчастиц клеток растений // Вестник Казну. Серия биологическая. – 2013. - №2. – С. 81-87.
Chen Z., Sun Y., Yang X., Wu Z., Guo K., Niu X., Wang Q., Ruan J., Bu W., Gao S. Two featured series of rRNA-derived RNA fragments (rRFs) constitute a novel class of small RNAs // PLoS ONE. – 2017. – Vol. 12. – P. e0176458.
Henras A.K., Plisson-Chastang C., O’Donohue M.F., Chakraborty A., Gleizes P.E. An overview of pre-ribosomal RNA processing in eukaryotes // Wiley Interdiscip Rev. RNA. – 2015. – Vol. 6. – P. 225–242.
Endo Y. Mechanism of action of ricin and related toxins on the inactivation of eukaryotic ribosomes // Cancer Res. Treat. - 1988. – Vol.37. – P. 75–89.
Kast A., Klassen R., Meinhardt F. rRNA fragmentation induced by a yeast killer toxin // Mol. Microbiol. - 2014. - Vol. 91, No.3. – P. 606-617.
Castellano L., Stebbing J. Deep sequencing of small RNAs identifies canonical and non-canonical miRNA and endogenous siRNAs in mammalian somatic tissues // Nucleic Acids Res. – 2013. – Vol. 41. – P. 3339–3351.
Locati M.D., Pagano J.F.B., Abdullah F., Ensink W.A., van Olst M., van Leeuwen S., Nehrdich U., Spaink H.P., Rauwerda H., Jonker M.J., Dekker R.J., Breit T.M. Identifying small RNAs derived from maternal- and somatic-type rRNAs in zebrafish development // Genome. – 2018. – Vol.61. – P. 371-378.
Gallie D.R., Caldwell C., Pitto L. Heat shock disrupts cap and poly(A) tail function during translation and Increases mRNA stability of introduced reporter mRNA // Plant physiol. – 1995. – Vol.108. – P. 1703–1713.
Zheng Y., Wang S., Sunkar R. Genome-wide discovery and analysis of phased small interfering RNAs in Chinese sacred lotus // PLoS ONE. – 2014. – Vol. 9. – P. e113790.
Heuer A., Thomson E., Schmidt C., Berninghausen O., Becker T., Hurt E., Beckmann R. Cryo-EM structure of a late pre-40S ribosomal subunit from Saccharomyces cerevisiae // Elife. – 2017. – Vol. 6. – P. e30189.
Williams A.J., Werner-Fraczek J., Chang I.-F., Bailey-Serres J. Regulated phosphorylation of 40S ribosomal protein S6 in root tips of maize // Plant Physiol. – 2003. – Vol.132. – P. 2086-2097.
Sergiev P.V., Lavrik I.N., Dokudovskaya S.S., Dontsova O.A., Bogdanov A.A. Structure of the decoding center of the ribosome // Biochemistry (Moscow). - 1998. – Vol.63. – P. 963–976.
Obomighie I., Lapenas K., Murphy B.E., Bowles A., Bechtold U., Prischi F. The Role of Ribosomal Protein S6 Kinases in Plant Homeostasis // Frontiers in molecular biosciences. –2021. – Vol.8. – P. 636560.
