Mitä on RNA-häiriö? Tämä termi viittaa järjestelmään geenien aktiivisuuden säätelemiseksi eukaryoottisoluissa. Samanlainen prosessi tapahtuu lyhyiden (enintään 25 nukleotidia per ketju) ribonukleiinihappomolekyylien vuoksi.
RNA-interferenssille on tunnusomaista geeniekspression transkription jälkeinen estyminen mRNA:n tuhoamisen tai deadenylaation kautta.
Merkitys
Se löydettiin monien eukaryoottien soluista: sienistä, kasveista, eläimistä.
RNA-häiriötä pidetään tärkeänä tapana suojata soluja viruksilta. Hän osallistuu alkion syntyprosessiin.
Ribonukleiinihapon geenien ilmentymiseen kohdistuvan vaikutuksen voimakkaan ja valikoivan luonteen vuoksi voidaan tehdä vakavaa biologista tutkimusta elävissä organismeissa, soluviljelmissä.
Aiemmin RNA-interferenssillä oli eri nimi - kosuppressio. Tämän prosessin yksityiskohtaisen tutkimuksen jälkeen, kun Andrew Fire ja Craig Melo saivat Nobelin lääketieteen palkinnon sen esiintymismekanismin tutkimuksesta, tämä prosessi nimettiin uudelleen.
Historia
Mitä on RNA-häiriö? Sen löytö johtuu vakavasta alustavasta havainnosta vaikutuksen alaisenaantisense-RNA:n ilmentymisen esto kasvigeeneissä.
Jonkin aikaa myöhemmin amerikkalaiset tiedemiehet saivat hämmästyttäviä tuloksia, kun petunioihin lisättiin siirtogeenejä. Tutkijat yrittivät muokata analysoitua kasvia siten, että kukat saisivat kylläisemmän sävyn. Tätä varten he toivat soluihin lisää kopioita kalkonisyntaasientsyymin geenistä, joka on vastuussa purppuranvärisen pigmentin muodostumisesta.
Mutta tutkimuksen tulokset olivat täysin arvaamattomia. Petunian teriön halutun tummenemisen sijaan tämän kasvin kukat ovat tulleet valkoisiksi. Kalkonisyntaasientsyymin aktiivisuuden vähenemistä on kutsuttu kosuppressioksi.
Tärkeitä kohtia
Seuraavat kokeet paljastivat vaikutuksen tähän geeniekspression transkription jälkeiseen estoprosessiin, joka johtuu lisääntyneestä mRNA:n hajoamisasteesta.
Tuohon aikaan tiedettiin, että erityisiä proteiineja ilmentävät kasvit eivät ole alttiita virukselle. On kokeellisesti osoitettu, että tällaisen resistenssin saaminen saavutetaan viemällä lyhyt ei-koodaava viruksen RNA:n sekvenssi kasvigeeniin.
RNA-häiriötä, jonka mekanismia ei vieläkään täysin ymmärretä, on kutsuttu "viruksen aiheuttamaksi geenin vaimentamiseksi".
Biologit alkoivat kutsua tällaisten ilmiöiden summaa geeniekspression transkription jälkeiseksi estämiseksi.
Andrew Fire ja hänen kollegansa onnistuivat todistamaan yhteyden samank altaisen ilmiön ja semanttisen joukon käyttöönoton välillä. RNA ja antisense muodostavat kaksijuosteisen RNA:n. Hänet tunnistettiin kuvatun prosessin pääasialliseksi syyksi.
Molekulaaristen mekanismien ominaisuudet
Giardia intestinalis Dicer -proteiinia katalysoidaan katkaisemalla kaksijuosteista RNA:ta pienten häiritsevien RNA-fragmenttien tuottamiseksi. RNAaasi-domeeni on vihreä, PAZ-domeeni on keltainen ja sitova heliksi on sininen.
RNA-häiriön soveltaminen perustuu eksogeenisiin ja endogeenisiin reitteihin.
Ensimmäinen mekanismi perustuu viruksen genomiin tai on tulos laboratoriokokeista. Tällainen RNA leikataan pieniksi fragmenteiksi sytoplasmassa. Toinen tyyppi muodostuu elävän organismin yksittäisten geenien, esimerkiksi esimikro-RNA:n, ilmentymisen aikana. Se sisältää spesifisten kantasilmukkarakenteiden luomisen ytimeen, jolloin muodostuu mRNA:ita, jotka ovat vuorovaikutuksessa RISC-kompleksin kanssa.
Pienet häiritsevät RNA:t
Ne ovat ketjuja, jotka koostuvat 20-25 nukleotidista, joiden päissä on nukleotidiulokkeita. Jokaisessa ketjussa on hydroksyyliosa 3'-päässä ja fosfaattiryhmä 5'-osassa. Tämän tyyppinen rakenne muodostuu Dicer-entsyymin vaikutuksesta RNA:ta sisältäviin hiusneuloihin. Katkaisun jälkeen fragmenteista tulee osa katalyyttistä kompleksia. Argonautin proteiini purkaa vähitellen RNA-dupleksia, mikä myötävaikuttaa siihen, että RISC:hen jää vain yksi "ohjausjuoste". Se sallii efektorikompleksin etsiä spesifistä kohde-mRNA:ta. LiittyessäänsiRNA-RISC-kompleksin mRNA hajoaa.
Nämä molekyylit hybridisoituvat yhden tyyppisen kohde-mRNA:n kanssa, mikä johtaa molekyylin pilkkoutumiseen.
mRNA
RNA-häiriöt ja kasvinsuojelu ovat toisiinsa liittyviä prosesseja.
mRNA koostuu 21-22 peräkkäisestä endogeenistä alkuperää olevasta nukleotidista, jotka ovat mukana organismien yksilöllisen kehityksen prosessissa. Sen geenit transkriptoidaan muodostamaan pitkiä pri-miRNA-transkripteja. Nämä rakenteet ovat varsisilmukan muotoisia, niiden pituus koostuu 70 nukleotidista. Ne sisältävät entsyymiä, jolla on RNaasi-aktiivisuutta, sekä proteiinia, joka pystyy sitomaan kaksijuosteista RNA:ta. Lisäksi tapahtuu kuljetus sytoplasmaan, jossa tuloksena olevasta RNA:sta tulee substraatti Dicer-entsyymille. Käsittely voi tapahtua eri tavoin solutyypistä riippuen.
Näin RNA-häiriö toimii. Prosessin soveltamista ei ole vielä täysin tutkittu.
Esimerkiksi oli mahdollista todeta mahdollisuus erilaiseen mRNA-prosessointipolkuun, joka ei riipu Diseristä. Tässä tapauksessa argonautin proteiini katkaisee molekyylin. Ero miRNA:n ja siRNA:n välillä on kyky estää translaatiota useilla erilaisilla mRNA:illa, jotka sisältävät samanlaisia aminohapposekvenssejä.
RISC-efektorikompleksi
RNA-häiriö,jonka biologiset toiminnot mahdollistavat monien proteiinikompleksiin liittyvien ongelmien ratkaisemisen, mikä varmistaa mRNA:n pilkkoutumisen häiriön aikana. RISC-kompleksi edistää ATP:n jakautumista useisiin fragmentteihin.
Röntgendiffraktioanalyysin avulla todettiin, että tällaisen kompleksin avulla prosessi nopeutuu merkittävästi. Sen katalyyttisen osan katsotaan olevan argonautin proteiineja, jotka sijaitsevat tietyissä paikoissa sytoplasmassa. Tällaiset P-kappaleet edustavat alueita, joilla on merkittäviä RNA:n hajoamistasoja, ja niissä havaittiin korkein mRNA-aktiivisuus. Tällaisten kompleksien tuhoutumiseen liittyy RNA-interferenssiprosessin tehon heikkeneminen.
Transkription estomenetelmät
Lisäksi toiminnalleen translaation eston tasolla, RNA:lla on vaikutusta myös geenin transkriptioon. Jotkut eukaryootit käyttävät tätä tapaa varmistaakseen genomirakenteen vakauden. Histonien modifikaation ansiosta on mahdollista vähentää geenien ilmentymistä tietyllä alueella, koska tällainen pala siirtyy heterokromatiinin muotoon.
RNA-interferenssi ja sen biologinen rooli on tärkeä asia, joka ansaitsee vakavan tutkimuksen ja analyysin. Tutkimuksen suorittamiseksi otetaan huomioon ne ketjun osat, jotka ovat vastuussa pariliitoksen tyypistä.
Esimerkiksi hiivalle transkription eston suorittaa juuri RISC-kompleksi, joka sisältää Chp1-fragmentin kromodomaiinin kanssa, argonautin ja proteiinin, jolla ontuntematon funktio Tas3.
Heterokromatiinialueiden muodostumisen indusoimiseksi tarvitaan Dicer-entsyymiä, RNA-polymeraasia. Tällaisten geenien jakautuminen johtaa histonien metylaation rikkomiseen, johtaa solunjakautumisen hidastumiseen tai tämän prosessin täydelliseen pysähtymiseen.
RNA-muokkaus
Tämän prosessin yleisin muoto korkeammissa eukaryooteissa on prosessi, jossa adenosiini muunnetaan inosiiniksi, joka tapahtuu RNA:n kaksoisjuosteessa. Tällaisen muuntamisen suorittamiseen käytetään adenosiinideaminaasientsyymiä.
2000-luvun alussa esitettiin hypoteesi, jonka mukaan RNA-interferenssimekanismi ja molekyylin muokkaaminen tunnistettiin kilpaileviksi prosesseiksi. Nisäkästutkimukset viittaavat siihen, että RNA-muokkaus voi estää siirtogeenin hiljentymisen.
Organismien väliset erot
Se piilee kyvyssä havaita vierasta RNA:ta ja soveltaa niitä häiriöiden aikana. Kasveille tämä vaikutus on systeeminen. Jopa vähäisen RNA:n lisäämisen tapauksessa tietty geeni tukahdutetaan koko kehossa. Tällä toiminnolla RNA-signaali välitetään muiden solujen välillä. RNA-polymeraasi osallistuu sen monistumiseen.
Eliöiden välillä on eroa vieraiden geenien käytössä RNA-interferenssiprosessissa.
Kasveissa siRNA:n kuljetusprosessi tapahtuu plasmodesmatan kautta. Tällaisten RNA-vaikutusten periytyminen varmistetaan tiettyjen geenien promoottorien metylaatiolla.
Pääasiallinen ero tämän mekanismin jakasvit ovat niiden mRNA-komplementaarisuuden ideaalisuus, joka yhdessä RISC-kompleksin kanssa edistää tämän molekyylin täydellistä hajoamista.
Biologiset toiminnot
Kyseinen järjestelmä on tärkeä osa immuunivastetta vieraita aineita vastaan. Esimerkiksi kasveilla on useita Dicer-proteiinin analogeja, joita käytetään taistelemaan lukuisia virusorganismeja vastaan.
RNA:ta voidaan pitää kasvien hankkimana antiviraalisena puolustusmekanismina, joka laukeaa koko kehossa.
Huolimatta siitä, että eläinsoluissa ilmentyy paljon vähemmän Dicer-proteiinia, voimme puhua RNA:n osallistumisesta antiviraaliseen vasteeseen.
Tällä hetkellä ihmisten ja eläinten kehossa esiintyviä immuunivasteita on tutkittu osittain.
Biologit jatkavat tutkimusta yrittäen paitsi perustella niiden esiintymismekanismeja, myös löytää tapoja vaikuttaa immuunivuorovaikutuksiin. Jos kaikki RNA-häiriön vivahteet selvitetään onnistuneesti, tiedemiehet voivat hallita näitä biokemiallisia reaktioita ja luoda suojamekanismeja vieraita esineitä vastaan.
