SiNAPSA, ponedeljek, 24. julij 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Pomembna objava slovenskih znanstvenikov

Jernej Ule

Marca je bil na internetni strani revije Nature Neuroscience objavljen članek ‘Characterising the RNA targets and position-dependent splicing regulation by TDP-43’1, ki je plod sodelovanja šestih slovenskih znanstvenikov iz treh raziskovalnih skupin: Laboratorija za molekularno biologijo v Cambridgeu, laboratorija na Inštitutu za psihiatrijo na King’s College v Londonu, VB, ter skupino za bioinformatiko na Fakulteti za računalništvo in informatiko v Ljubljani. Ta članek je preučil molekule RNK, ki jih regulira TDP-43 v človeških celicah, in s tem postavil osnovo za razumevanje vloge tega proteina.

Jernej Ule Agregati proteina TDP-43 so prisotni v pogostih nevrodegeneracijskih boleznih. Prvo odkritje vloge tega proteina je bilo objavljeno leta 20062, ravno v letu, ko sem vzpostavil svojo raziskovalno skupino v Laboratoriju za molekularno biologijo (LMB) v Cambridgeu. Pred tem sem razvil tehniko CLIP3, s katero se določi molekule RNK, ki jih nek protein regulira v živih celicah. Možgansko tkivo se vzpostavi ultravijolični svetlobi, ki povzroči tvorbo kovalentnih vezi med proteini in molekulami RNK. Tako se nekako zamrzne molekularna slika živih celic, in nato se uporabijo različni biokemijski prostopi za izolacijo in prepoznavo RNK vezavnih mest. Ko sem debatiral s svojim prvim doktorskim študentom, Jamesom Tollervejem, sva se strinjala, da bi bil TDP-43 pravi protein za preučevanje. Poleg tega se nama je zdelo posebej zanimivo, da bi delala s človeškim možganskim tkivom, saj bi tako dobila povsem nov pogled v molekularna dogajanja v človeških možganih.

Po srečnem naključju je ob istem času v londonskem King’s Collegu delal s proteinom TDP-43 še en Slovenec, Boris Rogelj. Boris je v skupini, ki jo vodi Chris Shaw, sodeloval pri odkritju in karakterizaciji mutacij proteina TDP-43 povezanih z amiotrofično lateralno sklerozo in je iskal sodelavce za proucevanje vezave TDP-43 na RNK. Tako smo stopili v sodelovanje z Borisom, ki je bil vir ključnih nasvetov, in nam je priskrbel človeško tkivo iz londonske možganske knjižnice, na katerem smo lahko analizirali, kako nevrodegeneracija vpliva na vezavo proteina TDP-43 na molekule RNK. Skupaj z Vero Župunski, s fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo, ki je v tem casu gostovala na King’s Collegu, je Boris pripravil tudi celice, kjer je bila zmanjšana količina proteina TDP-43, tako da smo lahko določili tudi vlogo TDP-43 pri procesiranju molekul RNK.

Tehnike, ki smo jih uporabljali v tej študiji, proizvedejo velike količine podatkov. Tako smo izolirali prek pet milijonov različnih nukleotidnih zaporedij, in analizirali izražanje in procesiranje večine človeških genov. Taki podatki so potrebovali zahtevne računalniške analize, kjer pa je stopil na pomoč Blaž Zupan, ki vodi skupino za bioinformatiko na Fakulteti za računalništvo in informatiko v Ljubljani. Dva člana Blaževe skupine, Tomaž Curk in Gregor Rot sta se takoj intenzivno vrgla v analizo naših podatkov. Tako sta zgradila izredno uporaben spletni vmesnik, ki je določil položaje, kjer se protein TDP-43 veže na RNK z visoko afiniteto. Poleg tega je Tomaž ugotovil, da ima TDP-43 posebno sposobnost, da se veže na dolga zaporedja dveh nukleotidov. Ta zaporedja ustrezajo najbolj pogostim ponavljajočim zaporedjem (mikrosatelitom) v človeškem genomu. Z vezavo na ta zaporedja TDP-43 regulira izražanje genov, ki so udeleženi v razvoju tkiv. Med temi so bili posebno pogosti geni udeleženi v razvoju živčnih celic, in geni udeleženi v obliki aktivnega celičnega samomora - apoptozi.

Na članku 1 so si glavno avtorstvo delili James, Tomaž in Boris, kar lepo prikaže tesno sodelovanje med tremi skupinami. Vzporedno z našim člankom je v isti reviji objavljen tudi članek, kjer se je združilo več ameriških raziskovalnih skupin, ki so z uporabo tehnike CLIP raziskali vlogo proteina TDP-43 v mišjih možganih 4. Članka se med seboj podpirata, in skupno podajata celovito sliko o raznolikih vlogah proteina TDP-43. Poleg tega, da odpirata vrata v nove možnosti raziskav tega proteina, tudi odpreta veliko novih vprašanj o regulaciji genske ekspresije na nivoju molekul RNK. Dandanes le malo vemo o tem načinu celične regulacije, ki ima posebno pomembno vlogo v možganih. Tako imamo slovenski raziskovalci močan izziv za nadaljno sodelovanje, ki bo zagotovo prineslo še veliko odkritij.

    ___
  1. Tollervey JR, Curk T, Rogelj B, Briese M, Cereda M, Kayikci M, Konig J, Hortobagyi T, Nishimura AL, Župunski V, Patani R, Chandran S, Rot G, Zupan B, Shaw CE, Ule J. Characterizing the RNA targets and position-dependent splicing regulation by TDP-43 [Internet]. Nat Neurosci 2011 Feb;advance online publication 

  2. Neumann M, Sampathu DM, Kwong LK, Truax AC, Micsenyi MC, Chou TT, Bruce J, Schuck T, Grossman M, Clark CM, McCluskey LF, Miller BL, Masliah E, Mackenzie IR, Feldman H, Feiden W, Kretzschmar HA, Trojanowski JQ, Lee VM. Ubiquitinated TDP-43 in Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. Science 2006 Oct;314(5796):130 -133. 

  3. Ule J, Jensen KB, Ruggiu M, Mele A, Ule A, Darnell RB. CLIP Identifies Nova-Regulated RNA Networks in the Brain. Science 2003 Nov;302(5648):1212 -1215. 

  4. Polymenidou M, Lagier-Tourenne C, Hutt KR, Huelga SC, Moran J, Liang TY, Ling S, Sun E, Wancewicz E, Mazur C, Kordasiewicz H, Sedaghat Y, Donohue JP, Shiue L, Bennett CF, Yeo GW, Cleveland DW. Long pre-mRNA depletion and RNA missplicing contribute to neuronal vulnerability from loss of TDP-43 [Internet]. Nat Neurosci 2011 Feb;advance online publication 

dr. Jernej Ule
Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, VB