Što je RNA interferencija? Ovaj izraz se odnosi na sustav za kontrolu aktivnosti gena u eukariotskim stanicama. Sličan proces događa se zbog kratkih (ne više od 25 nukleotida po lancu) molekula ribonukleinske kiseline.
RNA interferenciju karakterizira post-transkripcijska inhibicija ekspresije gena kroz uništavanje ili dedenilaciju mRNA.
Značaj
Nađen je u stanicama mnogih eukariota: gljiva, biljaka, životinja.
RNA interferencija smatra se važnim načinom zaštite stanica od virusa. Ona sudjeluje u procesu embriogeneze.
Zbog snažne i selektivne prirode učinka ribonukleinske kiseline na ekspresiju gena, ozbiljna biološka istraživanja mogu se provesti u živim organizmima, staničnim kulturama.
Prije je RNA interferencija imala drugačiji naziv - kosupresija. Nakon detaljnog proučavanja ovog procesa, primanja Nobelove nagrade za medicinu za proučavanje mehanizma njegovog nastanka od strane Andrewa Firea i Craiga Mela, ovaj proces je preimenovan.
Povijest
Što je RNA interferencija? Njegovo je otkriće posljedica ozbiljnog preliminarnog promatranja pod utjecajemantisense RNA inhibicija ekspresije u biljnim genima.
Nešto kasnije, američki znanstvenici dobili su nevjerojatne rezultate kada su transgeni uvedeni u petunije. Istraživači su pokušali modificirati analiziranu biljku na takav način da cvjetovima daju zasićeniju nijansu. Da bi to učinili, uveli su u stanice dodatne kopije gena za enzim kalkon sintazu, koji je odgovoran za stvaranje ljubičastog pigmenta.
Ali rezultati studije bili su potpuno nepredvidivi. Umjesto željenog zatamnjenja vjenčića petunije, cvjetovi ove biljke postali su bijeli. Smanjena aktivnost enzima kalkon sintaze nazvana je kosupresija.
Važne točke
Slijedeći eksperimenti otkrili su učinak na ovaj proces post-transkripcijske inhibicije ekspresije gena zbog povećanja razine degradacije mRNA.
U to vrijeme se znalo da one biljke koje eksprimiraju posebne proteine nisu osjetljive na infekciju virusom. Eksperimentalno je utvrđeno da se takva rezistencija postiže uvođenjem kratke nekodirajuće sekvence virusne RNA u biljni gen.
RNA interferencija, čiji mehanizam još uvijek nije u potpunosti shvaćen, nazvana je "utišavanje gena izazvano virusom".
Biolozi su zbroj takvih pojava počeli nazivati post-transkripcijskom inhibicijom ekspresije gena.
Andrew Fire i njegovi kolege uspjeli su dokazati vezu između sličnog fenomena i uvođenja skupa semantičkihRNA i antisense koji tvore dvolančanu RNA. Upravo je ona prepoznata kao glavni razlog za pojavu opisanog procesa.
Obilježja molekularnih mehanizama
Protein Giardia intestinalis Dicer katalizira se rezanjem dvolančane RNA za proizvodnju malih interferirajućih RNA fragmenata. Domena RNAaze je zelena, domena PAZ je žuta, a vezna spirala je plava.
Primjena RNA interferencije temelji se na egzogenim i endogenim putovima.
Prvi mehanizam temelji se na genomu virusa ili je rezultat laboratorijskih eksperimenata. Takva RNA se u citoplazmi izrezuje na male fragmente. Drugi tip nastaje tijekom ekspresije pojedinih gena živog organizma, na primjer, pre-mikro RNA. Uključuje stvaranje specifičnih struktura petlje stabla unutar jezgre, tvoreći mRNA koje su u interakciji s RISC kompleksom.
Male interferirajuće RNA
To su lanci koji se sastoje od 20-25 nukleotida s nukleotidnim izbočinama na krajevima. Svaki lanac ima hidroksilni dio na 3' kraju i fosfatnu skupinu na 5' dijelu. Struktura ovog tipa nastaje kao rezultat djelovanja enzima Dicer na ukosnice koje sadrže RNA. Nakon cijepanja, fragmenti postaju dio katalitičkog kompleksa. Protein argonauta postupno odmotava RNA dupleks, što pridonosi ostavljanju samo jednog "vodičkog" lanca u RISC-u. Omogućuje efektorskom kompleksu da traži specifičnu ciljnu mRNA. Prilikom učlanjenjaDolazi do degradacije mRNA kompleksa siRNA-RISC.
Ove se molekule hibridiziraju s jednom vrstom ciljne mRNA, što rezultira cijepanjem molekule.
mRNA
RNA interferencija i zaštita bilja međusobno su povezani procesi.
mRNA se sastoji od 21-22 uzastopna nukleotida endogenog porijekla, koji su uključeni u proces individualnog razvoja organizama. Njegovi geni se transkribiraju u duge primarne transkripte pri-miRNA transkripata. Ove strukture imaju oblik petlje stabljike, njihova duljina se sastoji od 70 nukleotida. Sadrže enzim s aktivnošću RNKaze, kao i protein sposoban za vezanje dvolančane RNA. Nadalje, odvija se transport u citoplazmu, gdje rezultirajuća RNA postaje supstrat za Dicer enzim. Obrada se može odvijati na različite načine, ovisno o vrsti ćelije.
Ovako radi interferencija RNA. Primjena procesa još nije u potpunosti istražena.
Na primjer, bilo je moguće utvrditi mogućnost drugačijeg puta obrade mRNA, koji ne ovisi o Diseru. U ovom slučaju, molekulu presijeca protein argonauta. Razlika između miRNA i siRNA je sposobnost inhibicije translacije s nekoliko različitih mRNA koje sadrže slične sekvence aminokiselina.
RISC efektor kompleks
RNA interferencija,čije biološke funkcije omogućuju rješavanje mnogih problema vezanih uz proteinski kompleks, koji osigurava cijepanje mRNA tijekom interferencije. RISC kompleks potiče podjelu ATP-a na nekoliko fragmenata.
Uz pomoć rendgenske difrakcijske analize utvrđeno je da se pomoću takvog kompleksa proces značajno ubrzava. Njegovim katalitičkim dijelom smatraju se proteini argonauta, koji su lokalizirani na određenim mjestima u citoplazmi. Takva P-tijela predstavljaju područja sa značajnim razinama razgradnje RNA, u njima je otkrivena najveća aktivnost mRNA. Uništenje takvih kompleksa je popraćeno smanjenjem učinkovitosti procesa interferencije RNA.
Metode potiskivanja transkripcije
Pored svog djelovanja na razini translacijske inhibicije, RNA također ima učinak na transkripciju gena. Neki eukarioti koriste ovaj način kako bi osigurali stabilnost strukture genoma. Zahvaljujući modifikaciji histona, moguće je smanjiti ekspresiju gena u određenom području, jer takav komad prelazi u oblik heterokromatina.
RNA interferencija i njena biološka uloga važno je pitanje koje zaslužuje ozbiljno proučavanje i analizu. Za provedbu istraživanja uzimaju se u obzir oni dijelovi lanca koji su odgovorni za vrstu uparivanja.
Na primjer, za kvasac, supresiju transkripcije provodi upravo RISC kompleks, koji sadrži Chp1 fragment s kromodomenom, argonautom i proteinom koji imanepoznata funkcija Tas3.
Da bi se inducirala stvaranje heterokromatinskih regija, potreban je Dicer enzim, RNA polimeraza. Podjela takvih gena dovodi do kršenja metilacije histona, dovodi do usporavanja diobe stanica ili potpunog zaustavljanja ovog procesa.
Uređivanje RNA
Najčešći oblik ovog procesa kod viših eukariota je proces pretvaranja adenozina u inozin, koji se događa u dvostrukom lancu RNA. Za provedbu takve transformacije koristi se enzim adenozin deaminaza.
Početkom dvadeset prvog stoljeća iznesena je hipoteza prema kojoj su mehanizam interferencije RNA i uređivanje molekule prepoznati kao kompetitivni procesi. Studije na sisavcima sugeriraju da uređivanje RNA može spriječiti utišavanje transgena.
Razlike između organizama
Leži u sposobnosti percepcije strane RNA, primjene je u tijeku interferencije. Za biljke je ovaj učinak sustavan. Čak i u slučaju blagog unošenja RNA, određeni gen je potisnut u cijelom tijelu. Ovim djelovanjem RNA signal se prenosi između ostalih stanica. RNA polimeraza sudjeluje u njegovom pojačavanju.
Između organizama postoji razlika u korištenju stranih gena u procesu interferencije RNA.
U biljkama se proces transporta siRNA odvija kroz plazmodezme. Nasljeđivanje takvih učinaka RNA osigurano je metilacijom promotora određenih gena.
Glavna razlika između ovog mehanizma ibiljke je idealnost njihove komplementarnosti mRNA, koja zajedno s RISC kompleksom doprinosi potpunoj degradaciji ove molekule.
Biološke funkcije
Sustav o kojem je riječ važna je komponenta imunološkog odgovora na strane materijale. Na primjer, biljke imaju nekoliko analoga Dicer proteina, koji se koriste u borbi protiv brojnih virusnih organizama.
RNA se može smatrati biljnim antivirusnim obrambenim mehanizmom koji se pokreće u cijelom tijelu.
Unatoč činjenici da je mnogo manje Dicer proteina izraženo u životinjskim stanicama, možemo govoriti o sudjelovanju RNA u antivirusnom odgovoru.
Trenutno su imunološki odgovori koji se javljaju u tijelu ljudi i životinja djelomično proučavani.
Biolozi nastavljaju istraživanja, pokušavajući ne samo potkrijepiti mehanizme njihovog nastanka, već i pronaći načine utjecaja na imunološke interakcije. U slučaju uspješnog objašnjenja svih nijansi RNA interferencije, znanstvenici će moći kontrolirati te biokemijske reakcije i stvoriti mehanizme zaštite od stranih tijela.
