Ученые из Техасского университета A&M обнаружили, что избыточное накопление РНК может нарушать работу митохондрий — клеточных структур, обеспечивающих выработку большей части необходимой клетке энергии. В лабораторных экспериментах этот эффект возникал независимо от обычных сигнальных механизмов врожденного иммунитета. Почему необходимая для жизни молекула может стать источником проблем и какое значение это имеет для изучения инфекций — в материале «Известий».

РНК выполняет несколько важных функций. Одна из ее разновидностей — матричная, или информационная, РНК — передает инструкции для синтеза белков. Белки, в свою очередь, необходимы для поддержания структуры клетки и протекания множества биохимических реакций.

Клетки постоянно создают и расщепляют РНК. Разрушение отработавших или дефектных молекул помогает регулировать производство белков и предотвращать накопление ненужного материала. По результатам новой работы, этот процесс также важен для сохранения нормального энергетического обмена.

«Ученым давно известно, что разрушение РНК помогает контролировать производство белков и удалять дефектную РНК. Наше исследование выявило еще одну важную функцию: оно помогает клеткам поддерживать необходимое для нормальной работы энергообеспечение», — отметил профессор кафедры ветеринарной патобиологии Техасского университета A&M Чжилун Ян.

Исследователи изучали клетки, зараженные вирусом осповакцины — представителем семейства поксвирусов. Во время инфекции в клетке образуется большое количество вирусной РНК, и механизмы ее удаления должны справляться с возросшей нагрузкой.

В опытах нарушение работы вирусных или клеточных ферментов, участвующих в разрушении РНК, сопровождалось ухудшением состояния митохондрий и снижением их дыхательной активности. Митохондриальное дыхание — это совокупность процессов, которые помогают клетке получать энергию и запасать ее в молекулах АТФ.

При этом повреждающее действие обнаружили у двух разновидностей РНК. Одна из них — двуцепочечная РНК, которая часто образуется при вирусных инфекциях и может запускать защитные реакции. Другая — обычная матричная РНК, необходимая для синтеза белков. Именно второй результат оказался неожиданным: проблемы возникали при избыточном накоплении молекулы, которая постоянно присутствует в здоровых клетках.

Первоначально авторы предполагали, что избыток РНК повреждает митохондрии через активацию противовирусной защиты. Однако эксперименты показали, что для выявленного эффекта такая реакция не обязательна.

«Когда мы выделили митохондрии и добавили РНК, мы все равно наблюдали повреждение митохондрий», — рассказал первый автор исследования Джамаль Брахим Бельхауари.

Нарушения также возникали до выраженной активации иммунных механизмов. В совокупности эти наблюдения указывают, что избыток РНК способен воздействовать на митохондрии непосредственно.

Ученые зафиксировали снижение мембранного потенциала — разности электрических потенциалов по сторонам внутренней мембраны митохондрий. Поддержание электрохимического градиента необходимо для синтеза АТФ. Когда этот механизм нарушается, эффективность производства энергии снижается.

Как именно РНК вызывает такой сбой, пока неясно. Авторы предполагают, что отрицательно заряженные молекулы могут накапливаться рядом с митохондриями и влиять на условия их работы. Это объяснение еще предстоит проверить.

Вирус зависит от ресурсов зараженной клетки: они необходимы для производства его белков и образования новых вирусных частиц. Поэтому нарушение энергетического обмена может мешать и самому возбудителю.

По словам Яна, поксвирусы используют механизмы разрушения РНК, которые помогают контролировать ее количество и поддерживать работу клетки во время размножения вируса.

Таким образом, удаление РНК может выполнять сразу несколько задач: регулировать активность генов, ограничивать распознавание инфекции защитными системами и сохранять энергетические ресурсы зараженной клетки.

Авторы допускают, что выявленный механизм может иметь значение за пределами вирусных инфекций. Накопление РНК наблюдают при некоторых онкологических, нейродегенеративных и связанных со старением состояниях. Однако пока неизвестно, насколько обнаруженный в экспериментах эффект участвует в развитии этих заболеваний.

Еще одно направление — разработка РНК-препаратов и вакцин. Такие технологии используют молекулы РНК для передачи клеткам инструкций по производству определенных белков. Понимание того, как клетки перерабатывают эту РНК и реагируют на ее количество, может помочь совершенствовать будущие препараты.

Работа проводилась в лабораторных моделях и не устанавливает, что существующие мРНК-вакцины повреждают митохондрии у людей. Ее основной результат касается клеточного механизма: при нарушенном удалении избыток РНК может мешать выработке энергии. Теперь исследователям предстоит выяснить, в каких условиях этот механизм действует в организме и как можно на него повлиять.