Hvad er RNA-interferens? Dette udtryk refererer til et system til at kontrollere aktiviteten af gener i eukaryote celler. En lignende proces opstår på grund af korte (ikke mere end 25 nukleotider pr. kæde) molekyler af ribonukleinsyre.
RNA-interferens er karakteriseret ved post-transkriptionel hæmning af genekspression gennem ødelæggelse eller deadenylering af mRNA.
Betydning
Det blev fundet i cellerne i mange eukaryoter: svampe, planter, dyr.
RNA-interferens betragtes som en vigtig måde at beskytte celler mod vira på. Hun deltager i embryogeneseprocessen.
På grund af den kraftfulde og selektive karakter af effekten af ribonukleinsyre på genekspression, kan der udføres seriøs biologisk forskning i levende organismer, cellekulturer.
Tidligere havde RNA-interferens et andet navn - cosuppression. Efter en detaljeret undersøgelse af denne proces, modtagelse af Nobelprisen i medicin for undersøgelsen af mekanismen bag dens forekomst af Andrew Fire og Craig Melo, blev denne proces omdøbt.
Historie
Hvad er RNA-interferens? Dens opdagelse skyldes seriøs foreløbig observation under indflydelse afantisense RNA-hæmning af ekspression i plantegener.
Nogle tid senere opnåede amerikanske videnskabsmænd fantastiske resultater, da transgener blev introduceret i petunia. Forskerne forsøgte at modificere den analyserede plante på en sådan måde, at de gav blomsterne en mere mættet nuance. For at gøre dette indførte de i cellerne yderligere kopier af genet for enzymet chalcone synthase, som er ansvarlig for dannelsen af det lilla pigment.
Men resultaterne af undersøgelsen var fuldstændig uforudsigelige. I stedet for den ønskede mørklægning af petuniaens kronblad er blomsterne af denne plante blevet hvide. Nedsat aktivitet af enzymet chalconsyntase er blevet betegnet som cosuppression.
Vigtige point
Følgende eksperimenter afslørede effekten på denne proces af post-transkriptionel hæmning af genekspression på grund af en stigning i niveauet af mRNA-nedbrydning.
På det tidspunkt var det kendt, at de planter, der udtrykker specielle proteiner, ikke er modtagelige for infektion med virussen. Det er eksperimentelt blevet fastslået, at opnåelse af en sådan resistens opnås ved at indføre en kort ikke-kodende sekvens af vir alt RNA i plantegenet.
RNA-interferens, hvis mekanisme stadig ikke er fuldt ud forstået, er blevet kaldt "virus-induceret gendæmpning."
Biologer begyndte at kalde summen af sådanne fænomener post-transkriptionel hæmning af genekspression.
Andrew Fire og hans kolleger formåede at bevise sammenhængen mellem et lignende fænomen og indførelsen af et sæt semantiskeRNA og antisense danner dobbeltstrenget RNA. Det var hende, der blev anerkendt som hovedårsagen til fremkomsten af den beskrevne proces.
Funktioner ved molekylære mekanismer
Giardia intestinalis Dicer-proteinet katalyseres ved at skære dobbeltstrenget RNA for at producere små interfererende RNA-fragmenter. RNAase-domænet er grønt, PAZ-domænet er gult, og bindingshelixen er blå.
Anvendelsen af RNA-interferens er baseret på eksogene og endogene veje.
Den første mekanisme er baseret på virusgenomet eller er resultatet af laboratorieforsøg. Sådant RNA skæres i små fragmenter i cytoplasmaet. Den anden type dannes under ekspressionen af individuelle gener fra en levende organisme, for eksempel præ-mikro-RNA. Det involverer skabelsen af specifikke stamløkkestrukturer i kernen, der danner mRNA'er, der interagerer med RISC-komplekset.
Små interfererende RNA'er
De er kæder bestående af 20-25 nukleotider med nukleotidfremspring i enderne. Hver kæde har en hydroxyldel ved 3'-enden og en phosphatgruppe ved 5'-delen. En struktur af denne type dannes som et resultat af Dicer-enzymets virkning på RNA-holdige hårnåle. Efter sp altning bliver fragmenterne en del af det katalytiske kompleks. Argonautproteinet afvikler gradvist RNA-dupleksen, hvilket bidrager til kun at efterlade én "guide"-streng i RISC. Det tillader effektorkomplekset at søge efter et specifikt mål-mRNA. Ved tilslutningsiRNA-RISC-kompleks mRNA-nedbrydning forekommer.
Disse molekyler hybridiserer med én type mål-mRNA, hvilket resulterer i sp altning af molekylet.
mRNA
RNA-interferens og plantebeskyttelse er indbyrdes relaterede processer.
mRNA består af 21-22 på hinanden følgende nukleotider af endogen oprindelse, som er involveret i processen med individuel udvikling af organismer. Dets gener transskriberes for at danne lange primære transkripter af pri-miRNA-transkripter. Disse strukturer har form af en stamløkke, deres længde består af 70 nukleotider. De indeholder et enzym med RNase-aktivitet samt et protein, der er i stand til at binde dobbeltstrenget RNA. Yderligere foregår transporten til cytoplasmaet, hvor det resulterende RNA bliver et substrat for Dicer-enzymet. Behandling kan foregå på forskellige måder, afhængigt af celletypen.
Det er sådan RNA-interferens virker. Anvendelsen af processen er endnu ikke fuldt ud undersøgt.
Det var f.eks. muligt at etablere muligheden for en anden vej til mRNA-behandling, som ikke afhænger af Diser. I dette tilfælde skæres molekylet af argonautproteinet. Forskellen mellem miRNA og siRNA er evnen til at hæmme translation med flere forskellige mRNA'er, der indeholder lignende aminosyresekvenser.
RISC effektorkompleks
RNA-interferens,hvis biologiske funktioner tillader løsning af mange problemer relateret til proteinkomplekset, hvilket sikrer sp altningen af mRNA under interferens. RISC-komplekset fremmer opdelingen af ATP i flere fragmenter.
Ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse blev det bestemt, at ved hjælp af et sådant kompleks accelereres processen betydeligt. Dens katalytiske del anses for at være argonautproteiner, som er lokaliseret visse steder i cytoplasmaet. Sådanne P-legemer repræsenterer områder med betydelige niveauer af RNA-nedbrydning; det er i dem, at den højeste mRNA-aktivitet blev påvist. Ødelæggelsen af sådanne komplekser er ledsaget af et fald i effektiviteten af RNA-interferensprocessen.
Metoder til transkriptionsundertrykkelse
Ud over sin virkning på niveauet for translationel hæmning, har RNA også en effekt på gentranskription. Nogle eukaryoter bruger denne måde til at sikre stabiliteten af genomstrukturen. Takket være modifikationen af histoner er det muligt at reducere genekspression i et bestemt område, da et sådant stykke går over i form af heterochromatin.
RNA-interferens og dens biologiske rolle er et vigtigt emne, som fortjener seriøs undersøgelse og analyse. For at udføre forskning overvejes de dele af kæden, der er ansvarlige for typen af parring.
For eksempel, for gær udføres transkriptionsundertrykkelse præcist af RISC-komplekset, som indeholder Chp1-fragmentet med chromodomænet, argonaut og et protein, der harukendt funktion Tas3.
For at inducere dannelsen af heterochromatin-regioner kræves Dicer-enzymet, RNA-polymerase. Delingen af sådanne gener fører til en krænkelse af histonmethyleringen, fører til en opbremsning i celledelingen eller et fuldstændigt stop af denne proces.
RNA-redigering
Den mest almindelige form for denne proces i højere eukaryoter er processen med at omdanne adenosin til inosin, som forekommer i dobbeltstrengen af RNA. For at udføre en sådan transformation anvendes enzymet adenosindeaminase.
I begyndelsen af det enogtyvende århundrede blev der fremsat en hypotese, ifølge hvilken mekanismen for RNA-interferens og redigering af molekylet blev anerkendt som konkurrerende processer. Pattedyrundersøgelser tyder på, at RNA-redigering kan forhindre transgen-silencing.
Forskelle mellem organismer
Det ligger i evnen til at opfatte fremmed RNA, anvende dem i løbet af interferens. For planter er denne effekt systemisk. Selv i tilfælde af en let introduktion af RNA, er et bestemt gen undertrykt i hele kroppen. Med denne handling transmitteres RNA-signalet mellem andre celler. RNA-polymerase deltager i dets amplifikation.
Mellem organismer er der forskel på brugen af fremmede gener i processen med RNA-interferens.
I planter foregår processen med siRNA-transport gennem plasmodesmata. Nedarvningen af sådanne RNA-effekter sikres ved methylering af promotorerne af visse gener.
Den største forskel mellem denne mekanisme ogplanter er idealiteten af deres mRNA-komplementaritet, som sammen med RISC-komplekset bidrager til den fuldstændige nedbrydning af dette molekyle.
Biologiske funktioner
Det pågældende system er en vigtig komponent i immunresponset på fremmede materialer. For eksempel har planter adskillige analoger af Dicer-proteinet, som bruges til at bekæmpe adskillige virale organismer.
RNA kan betragtes som en planteerhvervet antiviral forsvarsmekanisme, der udløses i hele kroppen.
På trods af det faktum, at meget mindre Dicer-protein udtrykkes i dyreceller, kan vi tale om deltagelse af RNA i den antivirale respons.
I øjeblikket er de immunreaktioner, der forekommer i kroppen hos mennesker og dyr, blevet delvist undersøgt.
Biologer fortsætter forskningen og forsøger ikke kun at underbygge mekanismerne bag deres forekomst, men også at finde måder at påvirke immuninteraktioner på. I tilfælde af en vellykket forklaring af alle nuancerne af RNA-interferens, vil videnskabsmænd være i stand til at kontrollere disse biokemiske reaktioner og skabe mekanismer til beskyttelse mod fremmedlegemer.
