Co to jest interferencja RNA? Termin ten odnosi się do systemu kontroli aktywności genów w komórkach eukariotycznych. Podobny proces zachodzi z powodu krótkich (nie więcej niż 25 nukleotydów na łańcuch) cząsteczek kwasu rybonukleinowego.
Interferencja RNA charakteryzuje się potranskrypcyjnym hamowaniem ekspresji genów poprzez zniszczenie lub deadenylację mRNA.
Znaczenie
Znaleziono go w komórkach wielu eukariontów: grzybów, roślin, zwierząt.
Interferencja RNA jest uważana za ważny sposób ochrony komórek przed wirusami. Bierze udział w procesie embriogenezy.
Ze względu na potężny i selektywny charakter wpływu kwasu rybonukleinowego na ekspresję genów, można prowadzić poważne badania biologiczne na żywych organizmach, kulturach komórkowych.
Wcześniej interferencja RNA miała inną nazwę - kosupresja. Po szczegółowym zbadaniu tego procesu, otrzymując Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za zbadanie mechanizmu jego występowania przez Andrew Fire i Craiga Melo, proces ten został przemianowany.
Historia
Co to jest interferencja RNA? Jego odkrycie wynika z poważnej wstępnej obserwacji pod wpływemhamowanie ekspresji antysensownego RNA w genach roślinnych.
Nieco później amerykańscy naukowcy uzyskali niesamowite wyniki, gdy transgeny zostały wprowadzone do petunii. Badacze starali się tak zmodyfikować analizowaną roślinę, aby nadać kwiatom bardziej nasycony odcień. W tym celu wprowadzili do komórek dodatkowe kopie genu enzymu syntazy chalkonu, który odpowiada za tworzenie fioletowego pigmentu.
Ale wyniki badania były całkowicie nieprzewidywalne. Zamiast pożądanego ciemnienia korony petunii kwiaty tej rośliny stały się białe. Zmniejszona aktywność enzymu syntazy chalkonu została nazwana kosupresją.
Ważne punkty
Kolejne eksperymenty ujawniły wpływ na ten proces potranskrypcyjnego hamowania ekspresji genów ze względu na wzrost poziomu degradacji mRNA.
W tym czasie było wiadomo, że te rośliny, które wytwarzają specjalne białka, nie są podatne na infekcję wirusem. Eksperymentalnie ustalono, że uzyskanie takiej odporności uzyskuje się poprzez wprowadzenie krótkiej niekodującej sekwencji wirusowego RNA do genu roślinnego.
Interferencja RNA, której mechanizm wciąż nie jest w pełni poznany, została nazwana „wyciszaniem genów wywołanym przez wirusy”.
Biolodzy zaczęli nazywać sumę takich zjawisk potranskrypcyjnym hamowaniem ekspresji genów.
Andrew Fire i jego koledzy zdołali udowodnić związek między podobnym zjawiskiem a wprowadzeniem zestawu semantycznegoRNA i antysensowne tworzące dwuniciowe RNA. To ona została uznana za główny powód pojawienia się opisywanego procesu.
Cechy mechanizmów molekularnych
Białko Dicer Giardia intestinalis jest katalizowane przez cięcie dwuniciowego RNA w celu wytworzenia małych interferujących fragmentów RNA. Domena RNAazy jest zielona, domena PAZ jest żółta, a helisa wiążąca jest niebieska.
Zastosowanie interferencji RNA opiera się na ścieżkach egzogennych i endogennych.
Pierwszy mechanizm opiera się na genomie wirusa lub jest wynikiem eksperymentów laboratoryjnych. Taki RNA jest cięty na małe fragmenty w cytoplazmie. Drugi typ powstaje podczas ekspresji poszczególnych genów żywego organizmu, na przykład premikroRNA. Polega ona na tworzeniu w jądrze określonych struktur typu łodyżka-pętla, tworząc mRNA, które oddziałują z kompleksem RISC.
Małe zakłócające RNA
Są to łańcuchy składające się z 20-25 nukleotydów z nukleotydowymi wypustkami na końcach. Każdy łańcuch ma ugrupowanie hydroksylowe na końcu 3' i grupę fosforanową na ugrupowaniu 5'. Tego typu struktura powstaje w wyniku działania enzymu Dicer na RNA zawierające spinki do włosów. Po rozszczepieniu fragmenty stają się częścią kompleksu katalitycznego. Białko argonautów stopniowo rozwija dupleks RNA, co przyczynia się do pozostawienia tylko jednej „przewodnikowej” nici w RISC. Pozwala to kompleksowi efektorowemu na poszukiwanie określonego docelowego mRNA. Kiedy dołączaszNastępuje degradacja kompleksu siRNA-RISC mRNA.
Te molekuły hybrydyzują z jednym typem docelowego mRNA, powodując rozszczepienie cząsteczki.
mRNA
Interferencja RNA i ochrona roślin są ze sobą powiązanymi procesami.
mRNA składa się z 21-22 kolejnych nukleotydów pochodzenia endogennego, które biorą udział w procesie indywidualnego rozwoju organizmów. Jego geny są transkrybowane w celu utworzenia długich pierwotnych transkryptów transkryptów pri-miRNA. Struktury te mają formę łodygi-pętli, ich długość składa się z 70 nukleotydów. Zawierają enzym o aktywności RNazy, a także białko zdolne do wiązania dwuniciowego RNA. Ponadto ma miejsce transport do cytoplazmy, gdzie powstały RNA staje się substratem dla enzymu Dicer. Przetwarzanie może odbywać się na różne sposoby, w zależności od typu komórki.
Tak działa interferencja RNA. Zastosowanie procesu nie zostało jeszcze w pełni zbadane.
Na przykład udało się ustalić możliwość innej ścieżki przetwarzania mRNA, która nie zależy od Disera. W tym przypadku cząsteczka jest przecinana przez białko argonauty. Różnica między miRNA i siRNA polega na zdolności do hamowania translacji kilkoma różnymi mRNA, które zawierają podobne sekwencje aminokwasowe.
Kompleks efektorowy RISC
Interferencja RNA,których funkcje biologiczne pozwalają rozwiązać wiele problemów związanych z kompleksem białkowym, który zapewnia rozszczepienie mRNA podczas interferencji. Kompleks RISC sprzyja podziałowi ATP na kilka fragmentów.
Za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej ustalono, że dzięki takiemu kompleksowi proces jest znacznie przyspieszony. Uważa się, że jego częścią katalityczną są białka argonautów, które są zlokalizowane w określonych miejscach w cytoplazmie. Takie ciała P reprezentują obszary o znacznym stopniu degradacji RNA, to w nich wykryto największą aktywność mRNA. Destrukcji takich kompleksów towarzyszy spadek wydajności procesu interferencji RNA.
Metody tłumienia transkrypcji
Oprócz działania na poziomie hamowania translacji, RNA ma również wpływ na transkrypcję genów. Niektóre eukarionty stosują ten sposób, aby zapewnić stabilność struktury genomu. Dzięki modyfikacji histonów możliwe jest zmniejszenie ekspresji genów w określonym obszarze, ponieważ taki fragment przechodzi w formę heterochromatyny.
Interferencja RNA i jej biologiczna rola to ważna kwestia, która zasługuje na poważne badania i analizę. Aby przeprowadzić badania, brane są pod uwagę te odcinki łańcucha, które są odpowiedzialne za rodzaj parowania.
Na przykład, w przypadku drożdży, supresja transkrypcji jest przeprowadzana dokładnie przez kompleks RISC, który zawiera fragment Chp1 z chromodomeną, argonautą i białkiem, które manieznana funkcja Tas3.
W celu wywołania tworzenia się regionów heterochromatyny wymagany jest enzym Dicer, polimeraza RNA. Podział takich genów prowadzi do naruszenia metylacji histonów, prowadzi do spowolnienia podziału komórek lub całkowitego zatrzymania tego procesu.
Edycja RNA
Najbardziej powszechną formą tego procesu u wyższych eukariontów jest proces przekształcania adenozyny w inozynę, który występuje w podwójnej nici RNA. Do przeprowadzenia takiej transformacji wykorzystuje się enzym deaminazę adenozynową.
Na początku XXI wieku wysunięto hipotezę, zgodnie z którą mechanizm interferencji RNA i edycji cząsteczki uznano za procesy konkurencyjne. Badania ssaków sugerują, że edycja RNA może zapobiec wyciszeniu transgenu.
Różnice między organizmami
Polega na zdolności do postrzegania obcego RNA i stosowania go w trakcie interferencji. W przypadku roślin efekt ten ma charakter ogólnoustrojowy. Nawet w przypadku niewielkiego wprowadzenia RNA, pewien gen jest tłumiony w całym organizmie. Dzięki tej akcji sygnał RNA jest przesyłany między innymi komórkami. W jego amplifikacji bierze udział polimeraza RNA.
Pomiędzy organizmami istnieje różnica w wykorzystaniu obcych genów w procesie interferencji RNA.
W roślinach proces transportu siRNA zachodzi przez plazmodesmatę. Dziedziczenie takich efektów RNA zapewnia metylacja promotorów niektórych genów.
Główna różnica między tym mechanizmem aroślin to idealna komplementarność ich mRNA, która wraz z kompleksem RISC przyczynia się do całkowitej degradacji tej cząsteczki.
Funkcje biologiczne
Omawiany system jest ważnym elementem odpowiedzi immunologicznej na materiały obce. Na przykład rośliny mają kilka analogów białka Dicer, które są wykorzystywane do zwalczania licznych organizmów wirusowych.
RNA może być uważane za antywirusowy mechanizm obronny nabyty przez rośliny, który jest wyzwalany w całym organizmie.
Pomimo faktu, że znacznie mniej białka Dicer jest wyrażane w komórkach zwierzęcych, możemy mówić o udziale RNA w odpowiedzi przeciwwirusowej.
Obecnie reakcje immunologiczne występujące w organizmie ludzi i zwierząt zostały częściowo zbadane.
Biolodzy kontynuują badania, próbując nie tylko uzasadnić mechanizmy ich występowania, ale także znaleźć sposoby wpływania na interakcje immunologiczne. W przypadku pomyślnego wyjaśnienia wszystkich niuansów interferencji RNA, naukowcy będą mogli kontrolować te reakcje biochemiczne i tworzyć mechanizmy ochrony przed ciałami obcymi.
