Stor, tilsynelatende ubrukelig biter av RNA - et molekyl som opprinnelig betraktet bare en ydmyk budbringer for DNA - spiller en viktig rolle i å la celler vet hvor de er i kroppen og hva de er ment å bli, forskere ved Stanford University School of Medicine har oppdaget .
Funnene innebærer at gamle RNA molekyler kan orkestrere genaktivitet over store deler av det menneskelige genom - en celle genetiske blåkopi. Det foreslår også de kan være viktige i kreftutvikling og stamcelleforskningen vedlikehold. Totalt sett legger arbeidet en annen murstein til den voksende veggen av bevis som tyder på at RNA er mer enn bare en genomisk tjener.
RNA er best kjent for å frakte protein-kodende instrukser fra DNA, en gang tenkt å være herre molekyl av genomet, til cellens montering fabrikker. Men sprekker i denne teorien begynte å dukke opp da det ble klart at mange RNA-molekyler er ikke i stand til å lage protein. Mens nyere forskning har vist at små biter av RNA kan stillhet individuelle gener ved å forstyrre sine uttrykk - a la Stanford professor Andrew Fire nylige Nobel arbeid - lengre stykker, kalt ikke-kodende RNA, har blitt mer forvirrende.
"Disse ncRNAs har lenge vært molekyler av mystikk," sier John Rinn, PhD, en postdoktor forsker i laboratoriet av Howard Chang, MD, PhD, assisterende professor i dermatologi. "De ser ut akkurat som de bør kode for proteiner, men gjør de ikke."
Selv ncRNAs har vist seg å påvirke uttrykket av nabolandet gener, den relative overflod av molekyler - sto for om lag halvparten av DNA transkriberte i cellen - antyder at de kan ha en bredere sfære av innflytelse enn tidligere antatt. Nå Rinn, Chang, og deres samarbeidspartnere har oppdaget at ncRNAs kan påvirke genuttrykket mønstre på fjerne steder i cellen.
"Vi ble overrasket over å finne at minst én av disse molekylene kan undertrykke gener på et helt annet kromosom," sa Chang. "Dette åpner opp hele genomet til potensielle regulering av ncRNAs." Forskningen vil bli publisert i den 29 juni utgaven av tidsskriftet Cell.
Forskerne undersøkte hvordan menneskelige hudceller, eller fibroblaster, vet hvor de er i kroppen. De hadde tidligere vist i ulike typer celler som grupper av gener som kalles Hox opptre som en slags Global Positioning System ved å opprettholde unike mønstre av uttrykket over mange generasjoner av celledeling. Men inntil Rinn brukt en ny type gen chip kalt flislegging array i den nye studien å hjem på nærliggende regioner av DNA, gjorde de ikke vet hvordan Hox uttrykket mønstrene selv var bestemt.
"Jeg liker å tenke på det som genomisk dykking," sa Rinn av den nye eksperimenter. Flisene array tillot ham å kartlegge grensene for regionene rundt fire grupperte sett, eller loci, av Hox-gener, kjent som HOXA gjennom HOXD, til nær-nucleotide oppløsning. Det er noe som zoomer inn på en enkelt hjem fra en satellitt kart på Google Earth. "Det gir oss en på nært hold, objektive syn på hva som egentlig skjer på kromosomal nivå," sa Rinn.
Ikke bare gjorde Rinn finne mange tidligere ukjente ncRNA gener ligger blant Hox-gener, han også identifisert områder som fungerer som delte landing pads for proteiner som enten aktivere eller undertrykke naboregionene. "Det er en påfallende mønster," sa Rinn. "Som en lysbryter, kan den samme strekningen av DNA brukes til å slå gener enten av eller på, avhengig av deres protein partnere." Men så Rinn så dypere.
At ncRNAs har tilnærmet uendret over millioner av år antyder de kan spille utradisjonelle men avgjørende roller i genuttrykk. Forskerne fant at tappe en ncRNA kalt HOTAIR i HOXC regionen på kromosom 12 i en hud celle, betydelig økt uttrykket av HOXD gener på kromosom 2. Funnet markerer første gang at ncRNA har vist seg å påvirke genuttrykket på et kromosom andre enn sine egne.