Выяснение молекулярных механизмов, определяющих роль lncRNA в клетках глиобластомы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-44-02027

НазваниеВыяснение молекулярных механизмов, определяющих роль lncRNA в клетках глиобластомы

Руководитель Павлюков Марат Самвелович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №32 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DST)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова глиобластома, сурвивин, длинные некодирующие РНК, LINC-ROR, p53, апоптоз, пролиферация, миграция, влияние на фенотип, мезенхимные маркеры, анализ транскриптома

Код ГРНТИ34.15.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Глиобластома – это наиболее часто встречающийся тип опухолей мозга, для которого характерна чрезвычайно низкая выживаемость в течение 5 лет (в среднем менее 10% независимо от возраста). Проблема глиобластомы осложняется тем, что эта опухоль чрезвычайно агрессивна и устойчива к радио- и химиотерапии, что приводит к очень высокому проценту рецидивов и развитию вторичных опухолей. Даже резекция опухоли в сочетании с радиотерапией и приемом цитостатика теозоламида не гарантирует излечения. В связи с этим поиск новых эффективных подходов к лечению глиобластомы является вызовом для научного сообщества. Поиск новых мишеней для препаратов против глиобластомы требует понимания молекулярных механизмов, которые управляют делением клеток глиобластомы, определяют её злокачественный фенотип (инвазивность, способность к метастазированию, гиперпролиферации), влияние опухолевых клеток на микроокружение, а также способствуют повышенной устойчивости к химиотерапии. В последнее время стало понятно, что геном человека, помимо белков и молекул РНК, выполняющих структурную и каталитическую функцию (рРНК и РНК сплайсососм), кодирует огромное разнообразие малых (менее 200 нуклеотидов) и длинных (более 200 нуклеотидов) регуляторных РНК, функция которых в настоящий момент недостаточно изучена [Open Biol. 2017 Jul; 7(7): 170121. 2017 doi: 10.1098/rsob.170121]. Эти РНК образуют допонительный уровень регуляции ключевых клеточных процессов, дополнительно усложняя наше понимание функционирования нормальных и раковых клеток. Функция в клетках малых РНК, в частности большого класса микроРНК, относительно хорошо изучена. Известны механизмы образования этих РНК и их включения в состав комплексов, которые, как правило, негативно влияют на функцию отдельных генов или кластеров генов, ингибируя трансляцию соответствующих мРНК, либо вызывая их направленную деградацию [Annu Rev Pathol. 2009;4:199-227. doi: 10.1146/annurev.pathol.4.110807.092222].. Класс длинных некодирующих РНК (lncRNA) был обнаружен относительно недавно и представляет собой более разнородную по составу у способам синтеза и созревания группу РНК. Биологические функции этих РНК также более различны. Часть из них связывает другие РНК за счет комплементарных участков, например, микроРНК, ингибируя их функцию. Другая группа взаимодействует с белками, в том числе белками-регуляторами структуры хроматина, оказывая глобальный эффект на транскрипцию генов. Некоторые lncRNA входят в состав сложных РНК-белковых комплексов, изменяя их состав, структуру и функции (для иллюстрации см Приложение 2). Уровень lncRNA, которые участвуют в ключевых клеточных процессах, строго регулируется. Неслучайно поэтому, что количество некоторых lncRNA сильно изменено в клетках опухолей по сравнению с нормальными клетками ткани [Mol Cancer. 2018 17(1):61. doi: 10.1186/s12943-018-0812-2]. Это связано с тем, что эти lncRNA участвуют в регуляции пролиферации, поддержании дедифференцированного состояния и устойчивости клеток опухоли к апоптозу. Несмотря на очевидный прогресс в исследованиях lncRNA, определении их роли в патогенезе онкологических заболеваний, молекулярные механизмы, обуславливающие их функционирование в клетках плохо охарактеризованы. Поэтому крайне важной с научной точки зрения является выяснение роли lncRNA в нормальных и раковых клетках. Дело в том, что понимание этих механизмов позволит использовать lncRNA для создания новых подходов к лечению таких злокачественных новообразований как глиобластома, либо использовать lncRNA как диагностические маркеры. В случае глиобластомы известно несколько lncRNA, уровень которых сильно изменен, а также частично охарактеризованы молекулярные партнеры и сигнальные пути, на которые эти lncRNA действуют. Установлено, что MALAT1 защищает клетки глиобластомы от апоптоза,негативно регулируя уровень микроРНК-101 Nucleic Acids Res. 2018 46(3): 1424–1440 doi: 10.1093/nar/gkx1221]. lncRNA HOTAIR связывает и сближает решуляторы структуры хроматина [Oncotarget. 2018; 9:15740-15756. https://doi.org/10.18632/oncotarget.24597], а некоторые комбинируют сразу несколько механизмов, подобно TUG1 [Nature Communications volume 7, Article number: 13616 (2016)]. В ходе предварительных исследований мы выяснили, что в клетках глиобластомы человека белок-регулятор апоптоза сурвивин связан с неизвестной ранее длинной РНК. Анализ концевых последовательностей этой новой молекулы показал, что она кодируется локусом q21.2 хромосомы 18 и не совпадает ни с одной из охарактеризованных некодирующих РНК. Уровень этой РНК в клетках глиобластомы имеет обратную корреляцию с уровнем убиквитин-лигазы MDM2, который является негативным регулятором белка-антионкогена p53. При этом уровень этой новой РНК выше в линии глиобластомы, несущей мезенхимные маркеры, связанные с высокой злокачественностью этих клеток. В клетках про-нейрального или нейтрального фенотипа, которые менее агрессивны, уровень этой РНК ниже. Кроме того, уровень этой РНК возрастает при индукции апоптоза. Эти факты говорят о важной роли новой РНК в патогенезе и прогрессии клеток глиобластомы. Анализ последовательности хромосомы 18 показал, что поблизости от локуса, кодирующего новую lncRNA, расположен ген известной некодирующей РНК LINC-ROR, которая связана с уровнем в клетке p53, в ряде опухолей защищает клетки от апоптоза, а также регулирует функцию ряда микроРНК, которые контролирует состояние стволовости в эмбриональных стволовых клетках и стволовых клетках опухолевой природы. Роль LINC-ROR в клетках глиобластомы плохо охарактеризована: некоторые работы ссылаются на увеличение продукции LINC-ROR как неблагоприятный предиктор, другие исследования утверждают, что уровень LINC-ROR в глиомах снижен и именно это защищает клетки опухоли от стрессов. Таким образом, есть указания на то, что функции новой РНК и LINC-ROR могут быть противоположными, а гены – подвержены согласованной регуляции в силу близкого расположения на хромосоме 18 (q21.2 и q21.3). Поскольку функция и молекулярные партнеры LINC-ROR и других lncRNA сильно зависят от природы клеток, необходимо детальное изучение роли этих молекул, а также молекулярных программ, которые они регулируют в каждом конкретном типе опухоли. В случае данного проекта мы планируем изучить роль известной некодирующей РНК LINC-ROR, которая плохо изучена в глиобластоме, а также ранее неохарактеризованной lncRNA, которая связывает регулятор апоптоза –сурвивин в клетках глиобластомы. Для определения функций, партнеров и молекулярных каскадов, которые регулируют данные РНК мы собираемся сверхпродуцировать эти молекулы или их фрагменты в клетках глиобластомы, либо наоборот, снизить их уровень, используя ингибиторные малые РНК. Сравнение фенотипа, транскриптома, способности к пролиферации, миграции и устойчивости к апоптозу клеток глиобластомы с измененными уровнями LINC-ROR и новой lncRNA и немодифицированными клетками этой опухоли позволит установить роль молекул выбранных lncRNA и молекулярные механизмы, в которых они задействованы. Такое исследование позволит не просто констатировать факт участия данных молекул в патогенезе и прогрессировании глиобластомы, но и может указать на эти РНК, как новые терапевтические мишени для лечения глиобластомы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ленг К.С., Дуглас С.М., Морселли М, Обусан М.Б., Павлюков М.С., Пеллегрини М., Джонсон Т.Л. H3K36 Methylation and the Chromodomain Protein Eaf3 Are Required for Proper Cotranscriptional Spliceosome Assembly Cell reports, V. 27, Issue 13, Pages 3760-3769.e4 (год публикации - 2019)
10.1016/j.celrep.2019.05.100

2. Рубцов Ю.П. Павлюков М.С., Писарев Э.К., Абакумова Т.О. Роль длинных некодирующих РНК в дифференцировке и поддержании плюрипотентности стволовых клеток глиом Гены и клетки, Том XIV, Приложение, 2019, стр. 199 (год публикации - 2019)

3. Сония Бастола, Марат С. Павлюков, Дайсуке Ямасита, Садашиб Гхош, Хиджин Чо, Норитака Кагая, Чжуо Чжан, Муцуко Мината, Ичиро Накано Glioma-initiating cells at tumor edge gain signals from tumor core cells to promote their malignancy Nature Communications, Nat Commun. 2020, 11(1): 4660 (год публикации - 2020)
10.1038/s41467-020-18189-y

4. Самвел К. Гуларян, Александр А. Гулин, Ксения С. Ануфриева, Виктория О. Шендер, Михаил И. Шахпаронов, Соня Бастола, Надежда В. Антипова, Татьяна Федоровна Коваленко, Юрий П. Рубцов, Ярослав А. Латышев, Александр А. Потапов, Марат Сергеевич Павлюков Investigation of Inter- and Intratumoral Heterogeneity of Glioblastoma Using TOF-SIMS Molecular & Cellular Proteomics, Mol Cell Proteomics. 2020, 19(6): 960-970 (год публикации - 2020)
10.1074/mcp.RA120.001986

5. Надежда В. Антипова, Татьяна Д. Ларионова, Андрей Е. Синявин, Мария А. Никифорова, Владимир А. Гущин, Игорь И. Бабиченко, Алексей В. Волков, Михаил И. Шахпаронов, Марат С. Павлюков Establishment of Murine Hybridoma Cells Producing Antibodies against Spike Protein of SARS-CoV-2 International Journal of Molecular Sciences (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21239167

6. Татьяна Федоровна Коваленко, Ксения В. Морозова, Марат С. Павлюков, Ксения С. Ануфриева, Михаил Ю. Бобров, Алина Михайловна Гамисония, Людмила Александровна Озолиня, Юлия Евгеньевна Доброхотова, Михаил Иванович Шахпаронов, Лев Иванович Патрушев Methylation of the PTENP1 pseudogene as potential epigenetic marker of age-related changes in human endometrium PLOS One (год публикации - 2021)

7. Т.Ф. Коваленко, Т.Д. Ларионова, Н.В. Антипова, М.И. Шахпаронов, М.С. Павлюков THE ROLE OF NONCODING RNAS IN THE PATHOGENESIS OF GLIAL TUMORS Acta Naturae (год публикации - 2021)

8. Б Ядав, С. Пал, Ю Рубцов, А. Гоел, М. Ганг, М. Павлюков, А.К. Пандей Long non-coding RNAs Associated with Glioblastoma: From Transcriptional Noise to Novel Regulators with a Promising Role in Therapeutics Molecular Therapy: Nucleic Acids, 24:728-742 (год публикации - 2021)
10.1016/j.omtn.2021.03.018

9. Марат Павлюков, Татьяна Ларионова, Соня Бастола, Виктория Шендер, Ичиро Накано, Михаил Шахпаронов Alternative RNA splicing modulates composition of ribosomes and determines spatial phenotype of glioblastoma cells Neuro-Oncology Advances, 3(Suppl 2): ii10 (год публикации - 2021)
10.1093/noajnl/vdab070.040

10. Леваков С.А., Мамедова, А.Е., Азадова Г.Я., Пауков С.В., Маслякова М.И., Павлюков М.С., Шахпаронов М.И., Антипова Н.В. The expression level of long non-coding RNAs ROR and MALAT1 in endometriosis Akusherstvo i Ginekologiya, 5: 141-145 (год публикации - 2021)
10.18565/aig.2021.5.141-145

11. С.А.Леваков, Г.Я.Азадова, А.Э.Мамедова, Х.Р.Мовтаева, М.И.Маслякова, М.С.Павлюков, М.И.Шахпаронов, Н.В.Антипова Экспрессия длинных некодирующих РНК ROR и MALAT1 при миоме матки Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии, том 20, №4, с. 17–21 (год публикации - 2021)
10.20953/1726-1678-2021-4-17-21

Публикации