Какво е РНК интерференция? Този термин се отнася до система за контролиране на активността на гените в еукариотните клетки. Подобен процес възниква поради къси (не повече от 25 нуклеотида на верига) молекули на рибонуклеинова киселина.
РНК интерференцията се характеризира с пост-транскрипционно инхибиране на генната експресия чрез разрушаване или деденилиране на иРНК.
Значение
Намерено е в клетките на много еукариоти: гъби, растения, животни.
РНК интерференцията се счита за важен начин за защита на клетките от вируси. Тя участва в процеса на ембриогенеза.
Поради мощния и селективен характер на ефекта на рибонуклеиновата киселина върху генната експресия, сериозни биологични изследвания могат да бъдат проведени в живи организми, клетъчни култури.
По-рано РНК интерференцията имаше друго име - косупресия. След подробно проучване на този процес, получаване на Нобелова награда за медицина за изследване на механизма на неговото възникване от Андрю Файър и Крейг Мело, този процес е преименуван.
История
Какво е РНК интерференция? Откриването му се дължи на сериозно предварително наблюдение под въздействието наантисенс РНК инхибиране на експресията в растителните гени.
Време по-късно американски учени получиха невероятни резултати, когато трансгени бяха въведени в петунии. Изследователите се опитали да модифицират анализираното растение по такъв начин, че да придадат на цветята по-наситен нюанс. За да направят това, те въведоха в клетките допълнителни копия на гена за ензима халкон синтаза, който е отговорен за образуването на лилавия пигмент.
Но резултатите от изследването бяха напълно непредвидими. Вместо желаното потъмняване на венчето на петунията, цветовете на това растение са станали бели. Намалената активност на ензима халкон синтаза се нарича косупресия.
Важни точки
Следващите експерименти разкриха ефекта върху този процес на пост-транскрипционно инхибиране на генната експресия поради повишаване на нивото на разграждане на иРНК.
По това време беше известно, че тези растения, които експресират специални протеини, не са податливи на инфекция от вируса. Експериментално е установено, че получаването на такава резистентност се постига чрез въвеждане на къса некодираща последователност от вирусна РНК в растителния ген.
РНК интерференцията, чийто механизъм все още не е напълно разбран, се нарича „вирусно индуцирано генно заглушаване“.
Биолозите започнаха да наричат сумата от такива явления посттранскрипционно инхибиране на генната експресия.
Андрю Файър и неговите колеги успяха да докажат връзката между подобно явление и въвеждането на набор от семантичниРНК и антисенс, образуващи двуверижна РНК. Именно тя беше призната за основна причина за появата на описания процес.
Характеристики на молекулярните механизми
Протеинът на Giardia intestinalis Dicer се катализира чрез разрязване на двуверижна РНК за производство на малки интерфериращи РНК фрагменти. РНКазният домейн е зелен, PAZ домейнът е жълт, а свързващата спирала е синя.
Прилагането на РНК интерференция се основава на екзогенни и ендогенни пътища.
Първият механизъм се основава на генома на вируса или е резултат от лабораторни експерименти. Такава РНК се нарязва на малки фрагменти в цитоплазмата. Вторият тип се образува по време на експресията на отделни гени на жив организъм, например пре-микро РНК. Той включва създаването на специфични структури стволови бримки в ядрото, образуващи иРНК, които взаимодействат с RISC комплекса.
Малки интерфериращи РНК
Те са вериги, състоящи се от 20-25 нуклеотида с нуклеотидни издатини в краищата. Всяка верига има хидроксилна част в 3' края и фосфатна група в 5' остатъка. Структура от този тип се образува в резултат на действието на ензима Dicer върху РНК съдържащи фиби. След разцепването, фрагментите стават част от каталитичния комплекс. Протеинът аргонавт постепенно разгръща РНК дуплекса, което допринася за оставянето само на една „направляваща“верига в RISC. Тя позволява на ефекторния комплекс да търси специфична прицелна иРНК. При присъединяванеНастъпва разграждане на mRNA комплекс siRNA-RISC.
Тези молекули хибридизират с един тип целева иРНК, което води до разцепване на молекулата.
mRNA
РНК интерференцията и растителната защита са взаимосвързани процеси.
mRNA се състои от 21-22 последователни нуклеотида с ендогенен произход, които участват в процеса на индивидуално развитие на организмите. Неговите гени се транскрибират, за да образуват дълги първични транскрипти на pri-miRNA транскрипти. Тези структури имат формата на стволови бримки, дължината им се състои от 70 нуклеотида. Те съдържат ензим с РНКазна активност, както и протеин, способен да свързва двуверижна РНК. Освен това се извършва транспортиране до цитоплазмата, където получената РНК се превръща в субстрат за ензима Dicer. Обработката може да се извърши по различни начини, в зависимост от типа клетка.
Така работи РНК интерференцията. Прилагането на процеса все още не е напълно проучено.
Например, беше възможно да се установи възможността за различен път на обработка на иРНК, който не зависи от Diser. В този случай молекулата се разрязва от протеина на аргонавта. Разликата между miRNA и siRNA е способността да се инхибира транслацията с няколко различни иРНК, които съдържат подобни аминокиселинни последователности.
RISC ефекторен комплекс
РНК интерференция,чиито биологични функции позволяват решаването на много въпроси, свързани с протеиновия комплекс, който осигурява разцепването на иРНК по време на интерференция. RISC комплексът насърчава разделянето на АТФ на няколко фрагмента.
С помощта на рентгенов дифракционен анализ се установи, че с помощта на такъв комплекс процесът значително се ускорява. Неговата каталитична част се считат за аргонавтски протеини, които са локализирани на определени места в цитоплазмата. Такива Р-тела представляват области със значителни нива на разграждане на РНК; именно в тях е открита най-високата активност на иРНК. Разрушаването на такива комплекси е придружено от намаляване на ефективността на процеса на РНК интерференция.
Методи за потискане на транскрипцията
В допълнение към действието си на ниво транслационно инхибиране, РНК има ефект и върху генната транскрипция. Някои еукариоти използват този начин, за да осигурят стабилността на структурата на генома. Благодарение на модификацията на хистоните е възможно да се намали генната експресия в определена област, тъй като такова парче преминава във формата на хетерохроматин.
РНК интерференцията и нейната биологична роля е важен въпрос, който заслужава сериозно проучване и анализ. За провеждане на изследване се вземат предвид онези участъци от веригата, които са отговорни за вида на сдвояването.
Например, за дрожди, потискането на транскрипцията се извършва точно от RISC комплекса, който съдържа Chp1 фрагмента с хромодомена, аргонавт и протеин, който иманеизвестна функция Tas3.
За да се индуцира образуването на хетерохроматинови региони, е необходим ензимът Dicer, РНК полимераза. Разделянето на такива гени води до нарушаване на метилирането на хистон, води до забавяне на клетъчното делене или до пълно спиране на този процес.
RNA редактиране
Най-честата форма на този процес при висшите еукариоти е процесът на превръщане на аденозин в инозин, който се случва в двойната верига на РНК. За извършване на такава трансформация се използва ензимът аденозин деаминаза.
В началото на двадесет и първи век е изложена хипотеза, според която механизмът на РНК интерференция и редактиране на молекулата са признати като конкурентни процеси. Изследвания при бозайници предполагат, че редактирането на РНК може да предотврати заглушаването на трансгена.
Разлики между организмите
Той се крие в способността да се възприема чужда РНК, да се прилага в хода на интерференцията. За растенията този ефект е системен. Дори в случай на леко въвеждане на РНК, определен ген се потиска в цялото тяло. С това действие РНК сигналът се предава между други клетки. РНК полимераза участва в нейното усилване.
Между организмите има разлика в използването на чужди гени в процеса на РНК интерференция.
В растенията процесът на транспортиране на siRNA се осъществява чрез плазмодесми. Наследяването на такива РНК ефекти се осигурява чрез метилиране на промоторите на определени гени.
Основната разлика между този механизъм ирастенията е идеалността на тяхната комплементарност на иРНК, която, заедно с RISC комплекса, допринася за пълното разграждане на тази молекула.
Биологични функции
Въпросната система е важен компонент от имунния отговор към чужди вещества. Например, растенията имат няколко аналога на протеина Dicer, които се използват за борба с множество вирусни организми.
РНК може да се счита за придобит от растения антивирусен защитен механизъм, който се задейства в цялото тяло.
Въпреки факта, че много по-малко протеин на Dicer се експресира в животински клетки, можем да говорим за участието на РНК в антивирусния отговор.
В момента имунните реакции, възникващи в тялото на хората и животните, са частично проучени.
Биолозите продължават изследванията, опитвайки се не само да обосноват механизмите на тяхното възникване, но и да намерят начини за влияние върху имунните взаимодействия. В случай на успешно обяснение на всички нюанси на РНК интерференцията, учените ще могат да контролират тези биохимични реакции и да създадат механизми за защита срещу чужди тела.
