¹Институт биофизики клетки РАН, Пущино, Московская область, Россия
²Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
³Институт математических проблем биологии РАН – филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук, Пущино, Россия

Аннотация. РНК-копии многих генов во всех доменах жизни подвергаются разнообразным модификациям, увеличивающим их функциональный потенциал. Химические модификации, в частности, являются облигатным компонентом созревания рибосомных и транспортных РНК, а нетранслируемые участки на концах матричных РНК после их отсоединения могут играть самостоятельную регуляторную роль. Химерные РНК, состоящие из последовательностей разных генов, являются наименее изученной категорией модифицированных РНК и само их существование у прокариот ещё не общепризнано. Первоначальной задачей данного исследования была проверка гипотезы о том, что необычные РНК-химеры могут возникать у бактерий в результате праймирования транскрипции олигонуклеотидами GCCAAGGC(G). Это было обусловлено высокой частотой их присутствия в составе химер, слитых с транскриптом спейсера между генами fimA и fimI. Особый интерес был вызван низким содержанием в клетках кишечной палочки свободных 8/9-меров, при высоком уровне их секреции наружу, где они могут участвовать в межклеточных коммуникациях. Использовав мономолекулярное секвенирование кДНК кишечной палочки на платформе Oxford Nanopore MinIon, мы подтвердили их присутствие на 5'-концах нескольких десятков протяжённых транскриптов. Удивительно, но мы также обнаружили тысячи РНК из разных генов, имеющих внутреннюю вставку 8-мера GCCAAGGC, вместо геномных последовательностей длиной от 3 до 15 нуклеотидов. Учитывая, что только 1.52 ± 0.47 % прочтений, содержащих такой 8-мер в качестве геномной последовательности, имели единичную замену в нём, выявленные «химеры», вероятно, представляют собой настоящие пост-транскрипционные модификации, а не артефакты подготовки проб или секвенирования. Замены происходили преимущественно в участках, где заменяемая геномная последовательность начиналась и заканчивалась динуклеотидами GC. Мы не обнаружили консенсусных последовательностей в соседних 20-мерах. Это значит, что именно заменяемые сегменты, также как интроны, несут сигналы для их модификации. Хотя внутримолекулярная «химеризация» была обнаружена более чем для двух сотен различных РНК, большинство модифицированных олигонуклеотидов принадлежали 16S или 23S рРНК и часто локализовались в антисмысловых транскриптах. Обнаруженная модификация не имеет аналогов. В статье обсуждается её возможная биологическая роль, но для дальнейшего изучения необходимы новые подходы и свежие идеи.

Ключевые слова: химеризация бактериальных РНК, пост-транскрипционное редактирование РНК, секретируемые РНК бактерий, антисмысловые РНК, нанопоровое секвенирование транскриптомов