Šta je RNA interferencija? Ovaj termin se odnosi na sistem za kontrolu aktivnosti gena u eukariotskim ćelijama. Sličan proces se dešava zbog kratkih (ne više od 25 nukleotida po lancu) molekula ribonukleinske kiseline.
RNA interferenciju karakterizira post-transkripcijska inhibicija ekspresije gena kroz destrukciju ili dedenilaciju mRNA.
Značaj
Nađen je u ćelijama mnogih eukariota: gljiva, biljaka, životinja.
RNA interferencija se smatra važnim načinom zaštite ćelija od virusa. Ona učestvuje u procesu embriogeneze.
Zbog moćne i selektivne prirode efekta ribonukleinske kiseline na ekspresiju gena, ozbiljna biološka istraživanja mogu se provesti u živim organizmima, ćelijskim kulturama.
Ranije 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 Meloa, ovaj proces je preimenovan.
Historija
Šta je RNA interferencija? Njegovo otkriće je rezultat ozbiljnog preliminarnog posmatranja pod uticajemantisens RNA inhibicija ekspresije u biljnim genima.
Nešto kasnije, američki naučnici su dobili neverovatne 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, u ćelije su uveli dodatne kopije gena za enzim halkon sintazu, koji je odgovoran za stvaranje ljubičastog pigmenta.
Ali rezultati studije su bili potpuno nepredvidivi. Umjesto željenog zatamnjenja vjenčića petunije, cvjetovi ove biljke postali su bijeli. Smanjena aktivnost enzima halkon sintaze naziva se kosupresija.
Važni bodovi
Sljedeći eksperimenti otkrili su učinak post-transkripcione inhibicije ekspresije gena na ovaj proces zbog povećanja nivoa degradacije mRNA.
U to vrijeme se znalo da one biljke koje eksprimiraju posebne proteine nisu podložne infekciji virusom. Eksperimentalno je utvrđeno da se takva rezistencija postiže uvođenjem kratke nekodirajuće sekvence virusne RNK u gen biljke.
RNA interferencija, čiji mehanizam još uvijek nije u potpunosti shvaćen, nazvana je "utišavanje gena izazvano virusom."
Biolozi su zbir takvih fenomena počeli da nazivaju post-transkripcionom inhibicijom ekspresije gena.
Andrew Fire i njegove kolege uspjeli su dokazati vezu između sličnog fenomena i uvođenja skupa semantičkihRNK i antisens koji formiraju dvolančanu RNK. Upravo je ona prepoznata kao glavni razlog za pojavu opisanog procesa.
Karakteristike molekularnih mehanizama
Protein Giardia intestinalis Dicer katalizira se rezanjem dvolančane RNK za proizvodnju malih interferirajućih RNA fragmenata. RNAaza domena je zelena, PAZ domena je žuta, a heliks vezivanja je plava.
Primjena RNA interferencije zasniva se na egzogenim i endogenim putevima.
Prvi mehanizam je baziran na genomu virusa ili je rezultat laboratorijskih eksperimenata. Takva RNK se u citoplazmi izrezuje na male fragmente. Drugi tip se formira tokom ekspresije pojedinačnih gena živog organizma, na primjer, pre-mikro RNA. Uključuje stvaranje specifičnih struktura petlje stabla unutar jezgra, formirajući mRNA koje su u interakciji sa RISC kompleksom.
Male interferirajuće RNA
To su lanci koji se sastoje od 20-25 nukleotida sa nukleotidnim izbočinama na krajevima. Svaki lanac ima hidroksilni dio na 3' kraju i fosfatnu grupu na 5' dijelu. Struktura ovog tipa nastaje kao rezultat djelovanja enzima Dicer na ukosnice koje sadrže RNK. Nakon cijepanja, fragmenti postaju dio katalitičkog kompleksa. Protein argonauta postepeno odmotava RNA dupleks, što doprinosi ostavljanju samo jednog "vodičkog" lanca u RISC. Omogućava efektorskom kompleksu da traži specifičnu ciljnu mRNA. Prilikom pridruživanjaDolazi do degradacije mRNA kompleksa siRNA-RISC.
Ovi molekuli se hibridiziraju s jednom vrstom ciljne mRNA, što rezultira cijepanjem molekula.
mRNA
RNA interferencija i zaštita bilja su međusobno povezani procesi.
mRNA se sastoji od 21-22 uzastopna nukleotida endogenog porijekla, koji su uključeni u proces individualnog razvoja organizama. Njegovi geni se transkribiraju kako bi se formirali dugi primarni transkripti pri-miRNA transkripata. Ove strukture imaju oblik petlje stabljike, njihova dužina se sastoji od 70 nukleotida. Sadrže enzim sa aktivnošću RNKaze, kao i protein sposoban da veže dvolančanu RNK. Nadalje, odvija se transport u citoplazmu, gdje rezultirajuća RNK postaje supstrat za Dicer enzim. Obrada se može odvijati na različite načine, u zavisnosti od tipa ćelije.
Ovako radi RNA interferencija. Primjena procesa još nije u potpunosti istražena.
Na primjer, bilo je moguće ustanoviti mogućnost drugačijeg puta obrade mRNA, koji ne zavisi od Disera. U ovom slučaju, molekul je prekinut proteinom 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 omogućavaju rješavanje mnogih pitanja vezanih za proteinski kompleks, koji osigurava cijepanje mRNA tokom interferencije. RISC kompleks promovira podelu ATP-a na nekoliko fragmenata.
Uz pomoć analize rendgenske difrakcije utvrđeno je da se pomoću ovakvog 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 nivoima degradacije RNK, u njima je otkrivena najveća aktivnost mRNA. Uništavanje takvih kompleksa je praćeno smanjenjem efikasnosti procesa interferencije RNK.
Metode potiskivanja transkripcije
Pored svog delovanja na nivou translacione inhibicije, RNK takođe utiče na transkripciju gena. Neki eukarioti koriste ovaj način da osiguraju stabilnost strukture genoma. Zahvaljujući modifikaciji histona, moguće je smanjiti ekspresiju gena na određenom području, jer takav komad prelazi u oblik heterohromatina.
RNA interferencija i njena biološka uloga je važno pitanje koje zaslužuje ozbiljno proučavanje i analizu. Za sprovođenje 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 hromodomenom, argonautom i proteinom koji imanepoznata funkcija Tas3.
Da bi se izazvalo stvaranje heterohromatinskih regiona, potreban je Dicer enzim, RNA polimeraza. Podjela takvih gena dovodi do kršenja metilacije histona, dovodi do usporavanja diobe stanica ili potpunog zaustavljanja ovog procesa.
RNA uređivanje
Najčešći oblik ovog procesa kod viših eukariota je proces pretvaranja adenozina u inozin, koji se javlja u dvostrukom lancu RNK. Za izvođenje takve transformacije koristi se enzim adenozin deaminaza.
Početkom dvadeset prvog veka izneta je hipoteza prema kojoj su mehanizam interferencije RNK i editovanja molekula prepoznati kao kompetitivni procesi. Studije na sisarima sugeriraju da uređivanje RNA može spriječiti utišavanje transgena.
Razlike između organizama
Leži u sposobnosti percepcije strane RNK, primjene je u toku interferencije. Za biljke je ovaj efekat sistemski. Čak i u slučaju blagog unošenja RNK, određeni gen je potisnut u cijelom tijelu. Ovom akcijom, RNA signal se prenosi između drugih ćelija. RNA polimeraza učestvuje u njegovom pojačavanju.
Između organizama postoji razlika u upotrebi stranih gena u procesu interferencije RNA.
U biljkama se proces transporta siRNA odvija preko plazmodezmata. Nasljeđivanje takvih RNA efekata je osigurano metilacijom promotora određenih gena.
Glavna razlika između ovog mehanizma ibiljke je idealnost njihove komplementarnosti mRNA, koja zajedno sa RISC kompleksom doprinosi potpunoj degradaciji ovog molekula.
Biološke funkcije
Sistem u pitanju je važna komponenta imunološkog odgovora na strane materije. Na primjer, biljke imaju nekoliko analoga Dicer proteina, koji se koriste u borbi protiv brojnih virusnih organizama.
RNA se može smatrati biljnim antivirusnim odbrambenim mehanizmom koji se pokreće u cijelom tijelu.
Uprkos činjenici da je mnogo manje Dicer proteina izraženo u životinjskim ćelijama, možemo govoriti o učešću RNK u antivirusnom odgovoru.
Trenutno su imuni 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 da utiču na imunološke interakcije. U slučaju uspješnog objašnjenja svih nijansi RNA interferencije, naučnici će moći kontrolisati ove biohemijske reakcije i stvoriti mehanizme zaštite od stranih tijela.
