Desentrañando el misterio de los ARN semiextraíbles de líneas celulares humanas

Los orgánulos sin membrana (MLO), también conocidos como «condensados ​​biomoleculares», se forman mediante el proceso biológico de separación de fases líquido-líquido (LLPS). Los MLO son cuerpos altamente dinámicos que contienen proteínas y ácidos nucleicos.

Si bien el papel de las proteínas en LLPS se ha investigado ampliamente, existe un interés creciente en la comunidad científica por comprender el papel de los ARN, el ácido nucleico responsable de innumerables funciones biológicas, incluida la codificación, decodificación, regulación y expresión de genes y, en última instancia, proteínas—en la separación de fases.

Estudios recientes han revelado que los MLO son ricos en ARN que no se extraen bien con los métodos convencionales, pero que se pueden recuperar de manera eficiente utilizando métodos mejorados como el corte con aguja y el calentamiento, una propiedad conocida como semiextracción. Estos ARN semiextraíbles pueden ser importantes biomarcadores y dianas de fármacos en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Sin embargo, muy pocos estudios han logrado identificar y caracterizar estos ARN.

Para abordar esta brecha, el Dr. Chao Zeng, profesor asistente de la Universidad de Waseda, en colaboración con el Dr. Michiaki Hamada de la Universidad de Waseda, el Dr. Takeshi Chujo de la Universidad de Kumamoto y el Dr. Tetsuro Hirose de la Universidad de Osaka, han desarrollado una nueva tubería bioinformática. para definir ARN semiextraíbles a través de líneas celulares humanas. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Investigación de ácidos nucleicos el 19 de julio de 2023.

El equipo realizó la extracción y secuenciación de ARN celular en cinco líneas celulares humanas, a saber, células A10, A549, HEK293, HeLa y HAP1. Analizaron más a fondo los datos de secuenciación del ARN utilizando varios métodos computacionales. Se realizó un análisis de expresión diferencial entre las muestras extraídas mediante el método de extracción de ARN convencional y el método de extracción mejorado. Los investigadores identificaron transcritos de ARN que eran consistentemente semi-extraíbles en las cinco líneas celulares.

También se realizaron análisis repetidos de densidad y motivo de secuencia para explorar los factores potenciales que influyen en la semiextracción. Además, los investigadores realizaron un análisis de k-mer utilizando el algoritmo SEEKR para clasificar funcionalmente los ARN semiextraíbles en función de su contenido de k-mer.

Al compartir lo más destacado de su estudio, Chao Zeng explica: «Usando la línea de análisis bioinformático recientemente desarrollada, examinamos datos experimentales originales de tipos de células humanas cultivadas e identificamos y caracterizamos con éxito 1074 ARN semiextraíbles potencialmente involucrados en la formación de células sin membrana separadas por fases. orgánulos».

Tras investigar la localización de los ARN semiextraíbles en la cromatina y dentro de la célula, el equipo descubrió que estos ARN estaban enriquecidos en regiones reprimidas y repetitivas de heterocromatina (tinción oscura), especialmente en áreas reprimidas por Polycomb. Dentro de las células, los ARN se concentraron en el núcleo, incluido el nucléolo, pero se disociaron de la cromatina.

Además, los investigadores postularon que los ARN semiextraíbles podrían funcionar potencialmente como una plataforma para interactuar con otros ARN. Para verificar su hipótesis, compararon los ARN semiextraíbles con cerca de 600 ARN centrales que formaban interacciones ARN-ARN mediadas por proteínas con muchos otros ARN. Descubrieron que los ARN semiextraíbles de hecho actuaban como centros y eran fundamentales en la formación de interacciones ARN-ARN.

Un análisis adicional del ARN semiextraíble reveló una marcada preferencia de las proteínas de unión al ARN en la unión a regiones ricas en AU asociadas con los ARN. Mientras que los ARN mensajeros suelen exhibir regiones ricas en AU en el extremo 3′, que regula la estabilidad del ARN, los ARN semiextraíbles exhibieron una concentración de regiones AU en el extremo 5′, lo que indica una participación potencial en funciones no descubiertas.

El estudio proporciona el primer conjunto de datos de ARN semiextraíble en líneas celulares humanas, que es un recurso valioso para investigar las separaciones de fase basadas en ARN. «La integración futura de ARN semiextraíbles con estudios de interacción de ARN proporcionará información sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la separación de fases inducida por ARN en las células», concluye Michiaki Hamada.

Los hallazgos del estudio brindan nuevas perspectivas para explorar la participación del ARN en procesos biológicos como el desarrollo y la progresión del cáncer, la degradación del ARN viral y las respuestas al estrés celular, y pueden impulsar el desarrollo de estrategias terapéuticas para el cáncer y las enfermedades infecciosas.