Mi az RNS interferencia? Ez a kifejezés az eukarióta sejtekben lévő gének aktivitását szabályozó rendszerre utal. Hasonló folyamat megy végbe a rövid (lánconként legfeljebb 25 nukleotidból álló) ribonukleinsavmolekulák miatt.
Az RNS-interferenciát a génexpresszió poszt-transzkripciós gátlása jellemzi az mRNS elpusztítása vagy deadenilációja révén.
Signifikancia
Sok eukarióta sejtjében találták meg: gombák, növények, állatok.
Az RNS interferencia a sejtek vírusokkal szembeni védelmének fontos módja. Részt vesz az embriogenezis folyamatában.
A ribonukleinsav génexpresszióra gyakorolt hatásának erőteljes és szelektív jellege miatt komoly biológiai kutatások végezhetők élő szervezetekben, sejtkultúrákban.
Korábban az RNS-interferenciának más neve volt – kosuppresszió. Ennek a folyamatnak a részletes tanulmányozása után, miután Andrew Fire és Craig Melo orvosi Nobel-díjat kapott az előfordulás mechanizmusának tanulmányozásáért, ezt a folyamatot átnevezték.
Előzmények
Mi az RNS interferencia? Felfedezése a hatása alatt végzett komoly előzetes megfigyelésnek köszönhetőAz antiszensz RNS expresszió gátlása növényi génekben.
Egy idővel később amerikai tudósok elképesztő eredményeket értek el, amikor transzgéneket vittek be a petúniákba. A kutatók megpróbálták úgy módosítani az elemzett növényt, hogy a virágok telítettebb árnyalatot kapjanak. Ennek érdekében a sejtekbe a kalkon-szintáz enzim génjének további másolatait juttatták be, amelyek a lila pigment kialakulásáért felelősek.
De a tanulmány eredményei teljesen kiszámíthatatlanok voltak. A petúnia koronájának kívánt sötétedése helyett ennek a növénynek a virágai fehérek lettek. A kalkon-szintáz enzim csökkent aktivitását koszuppressziónak nevezik.
Fontos pontok
A következő kísérletek feltárták a génexpresszió poszt-transzkripciós gátlásának hatását az mRNS lebomlási szintjének növekedése miatt.
Akkoriban ismert volt, hogy azok a növények, amelyek speciális fehérjéket expresszálnak, nem érzékenyek a vírusfertőzésre. Kísérletileg megállapították, hogy az ilyen rezisztenciát úgy érik el, hogy egy rövid, nem kódoló vírus RNS-szekvenciát visznek be a növényi génbe.
RNS-interferenciát, amelynek mechanizmusa még mindig nem teljesen tisztázott, „vírus által kiváltott géncsendesítésnek” nevezték.
A biológusok az ilyen jelenségek összegét kezdték a génexpresszió poszt-transzkripciós gátlásának nevezni.
Andrew Fire és kollégáinak sikerült bizonyítaniuk a kapcsolatot egy hasonló jelenség és egy szemantikai halmaz bevezetése között. RNS és antiszensz alkotó kettős szálú RNS. Ő volt az, akit a leírt folyamat megjelenésének fő okaként ismertek fel.
A molekuláris mechanizmusok jellemzői
A Giardia intestinalis Dicer fehérjét a kettős szálú RNS elvágása katalizálja, hogy kis, zavaró RNS-fragmenseket állítson elő. Az RNAase domén zöld, a PAZ domén sárga, a kötőspirál pedig kék.
Az RNS interferencia alkalmazása exogén és endogén útvonalakon alapul.
Az első mechanizmus a vírusgenomon alapul, vagy laboratóriumi kísérletek eredménye. Az ilyen RNS-t kis darabokra vágják a citoplazmában. A második típus egy élő szervezet egyedi génjeinek, például a pre-mikro RNS-nek az expressziója során jön létre. Ez magában foglalja a specifikus szárhurok struktúrák létrehozását a sejtmagban, amelyek mRNS-eket képeznek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a RISC komplexummal.
Kis zavaró RNS-ek
Ezek 20-25 nukleotidból álló láncok, nukleotid-nyúlványokkal a végén. Mindegyik láncnak van egy hidroxilcsoportja a 3' végén és egy foszfátcsoport az 5'-végen. Az ilyen típusú szerkezet a Dicer enzim RNS-t tartalmazó hajtűkre gyakorolt hatására jön létre. A hasítás után a fragmentumok a katalitikus komplex részévé válnak. Az argonauta fehérje fokozatosan kicsavarja az RNS-duplexet, ami hozzájárul ahhoz, hogy csak egy „vezető” szál maradjon a RISC-ben. Lehetővé teszi az effektor komplex számára, hogy egy specifikus cél-mRNS-t keressen. CsatlakozáskorsiRNS-RISC komplex mRNS lebomlás következik be.
Ezek a molekulák egyfajta cél-mRNS-sel hibridizálnak, ami a molekula hasadását eredményezi.
mRNS
Az RNS interferencia és a növényvédelem egymással összefüggő folyamatok.
mRNS 21-22 egymást követő, endogén eredetű nukleotidból áll, amelyek részt vesznek az organizmusok egyedfejlődési folyamatában. Génjei átíródnak, és a pri-miRNS-transzkriptumok hosszú primer transzkriptumait alkotják. Ezek a struktúrák szárhurok alakúak, hosszuk 70 nukleotidból áll. Tartalmaznak egy RNáz aktivitású enzimet, valamint egy fehérjét, amely képes megkötni a kettős szálú RNS-t. Továbbá megtörténik a transzport a citoplazmába, ahol a kapott RNS a Dicer enzim szubsztrátjává válik. A feldolgozás a cella típusától függően különböző módon történhet.
Így működik az RNS interferencia. Az eljárás alkalmazását még nem tárták fel teljesen.
Például sikerült megállapítani az mRNS feldolgozás egy eltérő útvonalának lehetőségét, amely nem függ a Disertől. Ebben az esetben a molekulát az argonauta fehérje vágja el. A miRNS és az siRNS közötti különbség abban rejlik, hogy több különböző mRNS-sel gátolja a transzlációt, amelyek hasonló aminosavszekvenciákat tartalmaznak.
RISC effektor komplex
RNS interferencia,amelyek biológiai funkciói lehetővé teszik számos probléma megoldását a fehérje komplexszel kapcsolatban, amely biztosítja az mRNS hasítását az interferencia során. A RISC komplex elősegíti az ATP több részre való osztódását.
Röntgendiffrakciós analízis segítségével megállapítottuk, hogy egy ilyen komplex segítségével a folyamat jelentősen felgyorsul. Katalitikus részét argonauta fehérjéknek tekintik, amelyek a citoplazmában bizonyos helyeken lokalizálódnak. Az ilyen P-testek olyan területeket képviselnek, ahol jelentős mértékű RNS-lebomlás tapasztalható, ezekben mutatták ki a legmagasabb mRNS-aktivitást. Az ilyen komplexek megsemmisülése az RNS-interferencia folyamat hatékonyságának csökkenésével jár.
Az átírás-elnyomás módszerei
A transzlációs gátlás szintjén kifejtett hatásán kívül az RNS hatással van a géntranszkripcióra is. Egyes eukarióták ezt a módot használják a genomszerkezet stabilitásának biztosítására. A hisztonok módosulásának köszönhetően egy bizonyos területen csökkenthető a génexpresszió, mivel egy ilyen darab heterokromatin formájába megy át.
Az RNS interferencia és biológiai szerepe olyan fontos kérdés, amely komoly tanulmányozást és elemzést érdemel. A kutatás elvégzéséhez figyelembe kell venni a lánc azon szakaszait, amelyek felelősek a párosítás típusáért.
Például élesztő esetében a transzkripció elnyomását pontosan a RISC komplex végzi, amely a Chp1 fragmenst tartalmazza a kromodoménnel, az argonautával és egy fehérjével, amelyismeretlen függvény Tas3.
A heterokromatin régiók képződésének indukálásához a Dicer enzim, az RNS polimeráz szükséges. Az ilyen gének osztódása a hiszton-metiláció megsértéséhez, a sejtosztódás lelassulásához vagy ennek a folyamatnak a teljes leállításához vezet.
RNS szerkesztés
A magasabb rendű eukariótákban ennek a folyamatnak a leggyakoribb formája az adenozin inozinná történő átalakítása, amely az RNS kettős szálában fordul elő. Az ilyen átalakításhoz az adenozin-deamináz enzimet használjuk.
A huszonegyedik század elején felállítottak egy hipotézist, amely szerint az RNS interferencia mechanizmusát és a molekula szerkesztését kompetitív folyamatként ismerték fel. Emlősökön végzett vizsgálatok azt sugallják, hogy az RNS-szerkesztés megakadályozhatja a transzgén elnémítását.
Az élőlények közötti különbségek
Az idegen RNS észlelésének képességében rejlik, és az interferencia során alkalmazza azokat. A növények esetében ez a hatás szisztémás. Még az RNS enyhe bevitele esetén is egy bizonyos gén elnyomódik az egész szervezetben. Ezzel a művelettel az RNS jelet továbbítják más sejtek között. Az RNS polimeráz részt vesz az amplifikációjában.
Az élőlények között különbség van az idegen gének felhasználásában az RNS-interferencia folyamatában.
A növényekben az siRNS transzport folyamata a plazmodezmán keresztül megy végbe. Az ilyen RNS-hatások öröklődését bizonyos gének promotereinek metilációja biztosítja.
A fő különbség e mechanizmus ésA növények mRNS-komplementaritásuk idealitása, amely a RISC komplexummal együtt hozzájárul ennek a molekulának a teljes lebomlásához.
Biológiai funkciók
A kérdéses rendszer fontos összetevője az idegen anyagokra adott immunválasznak. Például a növényeknek számos analógja van a Dicer fehérjéből, amelyeket számos vírusos szervezet elleni küzdelemben használnak.
RNS tekinthető növényi eredetű vírusellenes védekező mechanizmusnak, amely az egész szervezetben beindul.
Annak ellenére, hogy az állati sejtekben sokkal kevesebb Dicer fehérje expresszálódik, beszélhetünk az RNS részvételéről a vírusellenes válaszban.
Jelenleg az emberek és állatok szervezetében fellépő immunválaszokat részben tanulmányozták.
A biológusok folytatják a kutatást, nem csak az előfordulásuk mechanizmusait próbálják alátámasztani, hanem az immunkölcsönhatások befolyásolásának módjait is. Az RNS interferencia minden árnyalatának sikeres magyarázata esetén a tudósok képesek lesznek szabályozni ezeket a biokémiai reakciókat, és létrehozni az idegen testek elleni védelmi mechanizmusokat.
