Kaj je interferenca RNA? Ta izraz se nanaša na sistem za nadzor aktivnosti genov v evkariontskih celicah. Podoben proces se zgodi zaradi kratkih (ne več kot 25 nukleotidov na verigo) molekul ribonukleinske kisline.
RNA interferenca je označena s post-transkripcijsko inhibicijo genske ekspresije z uničenjem ali dedenilacijo mRNA.
Pomen
Našli so ga v celicah številnih evkariontov: gliv, rastlin, živali.
Interferenca RNA velja za pomemben način za zaščito celic pred virusi. Sodeluje v procesu embriogeneze.
Zaradi močne in selektivne narave učinka ribonukleinske kisline na izražanje genov je mogoče izvesti resne biološke raziskave v živih organizmih, celičnih kulturah.
Prej je imela interferenca RNA drugačno ime - kosupresija. Po podrobni študiji tega procesa, ki sta ga Andrew Fire in Craig Melo prejela Nobelovo nagrado za medicino za preučevanje mehanizma njegovega nastanka, je bil ta proces preimenovan.
Zgodovina
Kaj je interferenca RNA? Njegovo odkritje je posledica resnega predhodnega opazovanja pod vplivomprotismiselna RNA inhibicija izražanja v rastlinskih genih.
Čas pozneje so ameriški znanstveniki dosegli neverjetne rezultate, ko so v petunije uvedli transgene. Raziskovalci so poskušali modificirati analizirano rastlino tako, da so cvetovi dali bolj nasičen odtenek. Da bi to naredili, so v celice vnesli dodatne kopije gena za encim kalkon sintazo, ki je odgovoren za nastanek vijoličnega pigmenta.
Toda rezultati študije so bili popolnoma nepredvidljivi. Namesto želenega zatemnitve venčka petunije so cvetovi te rastline postali beli. Zmanjšana aktivnost encima kalkon sintaze se imenuje kosupresija.
Pomembne točke
Naslednji poskusi so razkrili učinek post-transkripcijske inhibicije genske ekspresije na ta proces zaradi povečanja stopnje razgradnje mRNA.
Takrat je bilo znano, da tiste rastline, ki izražajo posebne beljakovine, niso dovzetne za okužbo z virusom. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se takšna odpornost doseže z uvedbo kratke nekodirajoče sekvence virusne RNA v rastlinski gen.
interferenco RNA, katere mehanizem še vedno ni popolnoma razumljen, se imenuje "utišanje genov, ki ga povzroča virus."
Biologi so vsoto takšnih pojavov začeli imenovati post-transkripcijska inhibicija genske ekspresije.
Andrew Fire in njegovi sodelavci so uspeli dokazati povezavo med podobnim pojavom in uvedbo nabora semantičnihRNA in protismisel, ki tvorita dvoverižno RNA. Prav ona je bila prepoznana kot glavni razlog za pojav opisanega procesa.
Lastnosti molekularnih mehanizmov
Protein Giardia intestinalis Dicer se katalizira z rezanjem dvoverižne RNA za proizvodnjo majhnih motečih fragmentov RNA. Domena RNAaze je zelena, domena PAZ je rumena in vezna vijačnica je modra.
Uporaba interference RNA temelji na eksogenih in endogenih poteh.
Prvi mehanizem temelji na genomu virusa ali je rezultat laboratorijskih poskusov. Takšna RNA se v citoplazmi razreže na majhne fragmente. Druga vrsta nastane med izražanjem posameznih genov živega organizma, na primer pred-mikro RNA. Vključuje ustvarjanje specifičnih struktur stebelne zanke znotraj jedra, ki tvorijo mRNA, ki medsebojno delujejo s kompleksom RISC.
Majhne moteče RNA
So verige, sestavljene iz 20-25 nukleotidov z nukleotidnimi izrastki na koncih. Vsaka veriga ima hidroksilni del na 3' koncu in fosfatno skupino na 5' delu. Struktura te vrste nastane kot posledica delovanja encima Dicer na lasnice, ki vsebujejo RNA. Po cepljenju fragmenti postanejo del katalitskega kompleksa. Argonavtski protein postopoma odvije RNA dupleks, kar prispeva k temu, da v RISC ostane le ena "vodilna" veriga. Omogoča efektorskemu kompleksu, da išče specifično ciljno mRNA. Ob pridružitviPride do razgradnje mRNA kompleksa siRNA-RISC.
Te molekule se hibridizirajo z eno vrsto tarčne mRNA, kar povzroči cepitev molekule.
mRNA
Interferenca RNA in varstvo rastlin sta medsebojno povezana procesa.
mRNA je sestavljena iz 21-22 zaporednih nukleotidov endogenega izvora, ki so vključeni v proces individualnega razvoja organizmov. Njegovi geni se prepisujejo, da tvorijo dolge primarne transkripte pri-miRNA transkriptov. Te strukture imajo obliko stebelne zanke, njihova dolžina je sestavljena iz 70 nukleotidov. Vsebujejo encim z aktivnostjo RNKaze, pa tudi protein, ki je sposoben vezati dvoverižno RNA. Nadalje poteka transport v citoplazmo, kjer nastala RNA postane substrat za encim Dicer. Obdelava lahko poteka na različne načine, odvisno od vrste celice.
Tako deluje interferenca RNA. Uporaba postopka še ni v celoti raziskana.
Mogoče je bilo na primer ugotoviti možnost drugačne poti obdelave mRNA, ki ni odvisna od Diserja. V tem primeru molekulo prereže protein argonavta. Razlika med miRNA in siRNA je sposobnost zaviranja prevajanja z več različnimi mRNA, ki vsebujejo podobna zaporedja aminokislin.
RISC efektor kompleks
interferenca RNA,katere biološke funkcije omogočajo reševanje številnih vprašanj, povezanih s proteinskim kompleksom, ki zagotavlja cepitev mRNA med interferenco. Kompleks RISC spodbuja delitev ATP na več fragmentov.
S pomočjo rentgenske difrakcijske analize smo ugotovili, da se s takšnim kompleksom proces bistveno pospeši. Njegov katalitični del so argonavtski proteini, ki so lokalizirani na določenih mestih v citoplazmi. Takšna P-telesa predstavljajo območja s pomembnimi stopnjami razgradnje RNA, v njih je bila odkrita najvišja aktivnost mRNA. Uničenje takšnih kompleksov spremlja zmanjšanje učinkovitosti interferenčnega procesa RNA.
Metode zatiranja transkripcije
Poleg delovanja na ravni translacijske inhibicije ima RNA tudi učinek na transkripcijo genov. Nekateri evkarionti uporabljajo ta način, da zagotovijo stabilnost strukture genoma. Zahvaljujoč modifikaciji histonov je mogoče zmanjšati izražanje genov na določenem območju, saj tak kos preide v obliko heterokromatina.
Interferenca RNA in njena biološka vloga je pomembno vprašanje, ki si zasluži resno študijo in analizo. Za izvedbo raziskave se upoštevajo tisti deli verige, ki so odgovorni za vrsto seznanjanja.
Na primer, pri kvasovkah se supresija transkripcije izvaja natančno s kompleksom RISC, ki vsebuje fragment Chp1 s kromodomeno, argonavtom in beljakovino, ki imaneznana funkcija Tas3.
Za induciranje tvorbe heterokromatinskih regij je potreben encim Dicer, RNA polimeraza. Delitev takih genov vodi do kršitve metilacije histonov, vodi do upočasnitve delitve celic ali popolne zaustavitve tega procesa.
urejanje RNA
Najpogostejša oblika tega procesa pri višjih evkariontih je proces pretvorbe adenozina v inozin, ki se pojavi v dvojni verigi RNA. Za izvedbo takšne transformacije se uporablja encim adenozin deaminaza.
Na začetku enaindvajsetega stoletja je bila postavljena hipoteza, po kateri sta bila mehanizem interference RNA in urejanja molekule prepoznana kot konkurenčna procesa. Študije na sesalcih kažejo, da lahko urejanje RNA prepreči utišanje transgena.
Razlike med organizmi
Leži v sposobnosti zaznavanja tujih RNA, jih uporabiti med interferenco. Za rastline je ta učinek sistemski. Tudi v primeru rahlega vnosa RNA se določen gen potlači po telesu. S tem delovanjem se signal RNA prenaša med drugimi celicami. RNA polimeraza sodeluje pri njegovem pomnoževanju.
Med organizmi je razlika v uporabi tujih genov v procesu interference RNA.
V rastlinah se proces transporta siRNA odvija skozi plazmodezme. Dedovanje takšnih učinkov RNA je zagotovljeno z metilacijo promotorjev določenih genov.
Glavna razlika med tem mehanizmom inrastline je idealnost njihove komplementarnosti mRNA, ki skupaj s kompleksom RISC prispeva k popolni razgradnji te molekule.
Biološke funkcije
Zadevni sistem je pomemben sestavni del imunskega odziva na tuje snovi. Rastline imajo na primer več analogov beljakovine Dicer, ki se uporabljajo za boj proti številnim virusnim organizmom.
RNA lahko štejemo za rastlinsko pridobljen protivirusni obrambni mehanizem, ki se sproži po vsem telesu.
Kljub temu, da se v živalskih celicah izraža veliko manj beljakovin Dicer, lahko govorimo o sodelovanju RNA v protivirusnem odzivu.
Trenutno so imunski odzivi, ki se pojavljajo v telesu ljudi in živali, delno raziskani.
Biologi nadaljujejo raziskave in ne poskušajo le utemeljiti mehanizmov njihovega nastanka, ampak tudi najti načine za vplivanje na imunske interakcije. V primeru uspešne razlage vseh odtenkov motenj RNA bodo znanstveniki lahko nadzorovali te biokemične reakcije in ustvarili mehanizme zaščite pred tujki.
