Ученые из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера обнаружили, что геликаза RHAU, белок, который может разрешать сложные структуры как в молекулах ДНК, так и в молекулах РНК, важен для раннего эмбрионального развития. Мышей, у которых специфически отсутствует RHAU в гемопоэтических стволовых клетках ?? которые в конечном итоге дают начало всем клеточным компонентам крови ?? развить тяжелую анемию. Основные причины – резкое сокращение периода полужизни эритроцитов, а также нарушение клеточного деления гематопоэтических клеток-предшественников.
EPO, полностью эритропоэтин, получил известность, поскольку некоторые спортсмены следуют напряженным тренировкам, чтобы повысить уровень EPO в своем организме или выйти даже за рамки того, что справедливо в спорте. Это резко контрастирует с мышами, у которых отсутствует геликаза RHAU в клетках-предшественниках крови, которые, казалось бы, легко и без ошибок развивают поразительное 800-кратное увеличение уровня их ЭПО. Однако, в то время как ЭПО стимулирует выработку зрелых эритроцитов и, таким образом, помогает улучшить физическую работоспособность у спортсменов, мыши Rhau-null парадоксальным образом страдают анемией.
В процессе, называемом гематопоэзом, все клеточные компоненты крови, а именно красные и белые кровяные тельца, происходят из гемопоэтических стволовых клеток (HSC), которые преимущественно находятся в костном мозге. DEAH-геликаза RHAU, впервые описанная группой Йоши Нагамина из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера, высоко экспрессируется в лимфоидных клетках и клетках костного мозга. Это единственная известная геликаза, которая может разрешать как РНК, так и ДНК-квадруплексные структуры (G4). Структуры G4 естественным образом встречаются в богатых гуанином участках ДНК и РНК и, по-видимому, играют роль в регуляции генов, как показывают недавние данные.
Чтобы оценить биологическую функцию RHAU в гемопоэзе, бывшая аспирантка FMI Дженис Лай и ее коллеги из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера работали с мышами, у которых отсутствовал белок RHAU в HSC и во всех клетках, полученных из них. У этих мышей развилась тяжелая анемия с резко сниженным уровнем эритроцитов и гемоглобина. Эксперименты по трансплантации костного мозга показали, что наблюдаемый дефект был вызван самими клетками-предшественниками крови, а не окружающей их средой. Впоследствии ученые обнаружили, что в отсутствие RHAU период полураспада зрелых эритроцитов сокращался на 50%, что, по крайней мере, частично объясняет наблюдаемую анемию. Вследствие анемии уровень ЭПО повышается, что увеличивает выработку красных кровяных телец. Соответственно, у Rhau-нулевых мышей уровни EPO взлетели до 800-кратного увеличения, но безрезультатно. В то время как самая ранняя популяция клеток-предшественников в образовании эритроцитов, называемая ProE, сильно увеличивалась, количество клеток-предшественников уменьшалось с каждым шагом во время созревания эритроцитов. Таким образом, в отсутствие RHAU и несмотря на высокие уровни ЭПО, процесс дифференцировки и созревания красных кровяных телец был резко нарушен. Хотя дефект дифференцировки был наиболее заметен на стадии ProE, он также присутствовал в других популяциях клеток-предшественников, включая те, которые дают начало лейкоцитам. Дополнительные эксперименты по трансплантации костного мозга показали, что HSC дикого типа легко вытесняют Rhau-нулевые HSC, восстанавливая как красные, так и лейкоциты. Эти результаты также подтвердили гипотезу о том, что RHAU важен для расширения гематопоэтических предшественников и их потенциала дифференцировки клеточно-автономным образом.
Наконец, ученые обнаружили, что ProE без RHAU размножаются значительно медленнее. Транскриптомный анализ клеток ProE дикого типа и RHAU-дефицитных клеток показал, что значительная часть RHAU-регулируемых генов содержит мотив G4 в своей промоторной области. Таким образом, авторы исследования пришли к выводу, что RHAU может регулировать транскрипцию определенного набора генов через свою ДНК-резольвазную активность G4.
Взятые вместе, это исследование предоставляет первое доказательство того, что DEAH-геликаза важна для гематопоэза у млекопитающих.