Rola helikaz RNA z rodziny DEAD-box: DRH1, RH46 i RH40 w biogenezie mikroRNA u roślin

Abstract

MikroRNA (miRNA) to krótkie, jednoniciowe i niekodujące RNA, które regulują ekspresję genów na poziomie potranskrypcyjnym. W ostatnich latach jedną z intensywnie badanych grup białek zaangażowanych w biogenezę miRNA u Arabidopsis thaliana stały się helikazy z rodziny DEAD-box. Genom Arabidopsis zawiera sekwencje kodujące ponad 50 różnych helikaz typu DEADbox. Spośród nich tylko trzy: DRH1, RH46 i RH40 zawierają domenę WW, która za pomocą analiz in silico została zidentyfikowana jako kluczowa dla oddziaływań z domeną CTD RNA polimerazy II (RNAPII). W ramach niniejszej pracy zbadano fenotyp potrójnego mutanta helikazowego w standardowych (22°C) oraz zmienionych (16°C) warunkach wzrostu. Analizy pokazały, że brak badanych helikaz powoduje zmiany w akumulacji miRNA u roślin hodowanych w obu warunkach temperaturowych. Ponadto, mutant hodowany w warunkach obniżonej temperatury wykazywał znaczne zmiany fenotypowe w porównaniu z roślinami typu dzikiego. Dodatkowo, badania wykonane w ramach niniejszej pracy wykazały, że DRH1 bezpośrednio oddziałuje z SERRATE (SE), ARGONAUTE1 (AGO1), a także domeną CTD RNAPII. Analizy struktury drugorzędowej wyselekcjonowanych prekursorów miRNA za pomocą targetowanego DMS-MaPseq przeprowadzone w potrójnych mutantach helikazowych hodowanych w 22°C i 16°C wykazały dodatkowo, że badane helikazy mają wpływ na strukturę wybranych RNA. Podsumowując, uzyskane dane wskazują, że DRH1, RH46 i RH40 wpływają na przebieg biogenezy miRNA prawdopodobnie poprzez modyfikację struktury drugorzędowej prekursorów miRNA.

MicroRNAs (miRNAs) are short, single-stranded, non-coding RNAs that regulate gene expression at the post-transcriptional level. In recent days, DEAD-box helicases have emerged as one of the extensively researched groups of proteins involved in this process in Arabidopsis. The Arabidopsis genome encodes more than 50 DEAD-box helicases. Of these, only DRH1, RH46 and RH40 contain WW domains, which have been identified through in silico analysis as a site of their interaction with the CTD domain of RNA polymerase II (RNAPII). The functionality of triple mutants of DRH1, RH46 and RH40 in Arabidopsis was evaluated under standard (22°C) and modified (16°C) growth conditions. It was observed that the absence of all the studied helicases affected miRNA accumulation levels when the plants were cultivated under both temperature conditions. Moreover, the phenotype of the helicase triple mutant displayed an altered phenotype compared to wild-type plants when grown at 16°C. Our findings demonstrate that DRH1 interacts directly with SERRATE (SE) and ARGONAUTE1 (AGO1). Furthermore, DRH1 has been shown to interact with the CTD domain of RNAPII. We also investigated the in vivo secondary structure of selected pre-miRNAs using the targeted DMSMaPseq technique. Our findings revealed alterations in the structure of a few pre-miRNAs tested. Collectively, our data indicate that DRH1, RH46 and RH40 influence miRNA biogenesis, potentially by modulating the structure of a subset of miRNA precursors.