Kas ir RNS traucējumi? Šis termins attiecas uz sistēmu gēnu aktivitātes kontrolei eikariotu šūnās. Līdzīgs process notiek īsu (ne vairāk kā 25 nukleotīdu ķēdē) ribonukleīnskābes molekulu dēļ.
RNS traucējumus raksturo gēnu ekspresijas pēctranskripcijas kavēšana, iznīcinot vai dedenilējot mRNS.
Nozīme
Tas tika atrasts daudzu eikariotu šūnās: sēnēs, augos, dzīvniekos.
RNS iejaukšanās tiek uzskatīta par svarīgu veidu, kā aizsargāt šūnas no vīrusiem. Viņa piedalās embrioģenēzes procesā.
Sakarā ar ribonukleīnskābes spēcīgo un selektīvo ietekmi uz gēnu ekspresiju, dzīvajos organismos, šūnu kultūrās var veikt nopietnus bioloģiskos pētījumus.
Iepriekš RNS traucējumiem bija cits nosaukums - kosupresija. Pēc šī procesa detalizētas izpētes, saņemot Nobela prēmiju medicīnā par tā rašanās mehānisma izpēti, ko veica Endrjū Fīrs un Kreigs Melo, šis process tika pārdēvēts.
Vēsture
Kas ir RNS traucējumi? Tās atklāšana ir saistīta ar nopietnu iepriekšēju novērošanu reibumāantisense RNS ekspresijas kavēšana augu gēnos.
Kādu laiku vēlāk amerikāņu zinātnieki ieguva pārsteidzošus rezultātus, kad petūnijās tika ievadīti transgēni. Pētnieki mēģināja modificēt analizēto augu tā, lai ziediem piešķirtu piesātinātāku nokrāsu. Lai to izdarītu, viņi šūnās ievadīja papildu gēna kopijas enzīmam halkona sintāzes, kas ir atbildīgs par purpursarkanā pigmenta veidošanos.
Bet pētījuma rezultāti bija pilnīgi neparedzami. Tā vietā, lai petūnijas vainags būtu vēlams tumšāks, šī auga ziedi ir kļuvuši b alti. Enzīma halkona sintāzes aktivitātes samazināšanās tiek saukta par kosupresiju.
Svarīgi punkti
Sekojošie eksperimenti atklāja ietekmi uz šo gēnu ekspresijas pēctranskripcijas kavēšanas procesu, ko izraisa mRNS degradācijas līmeņa paaugstināšanās.
Tajā laikā bija zināms, ka tie augi, kas ekspresē īpašas olb altumvielas, nav uzņēmīgi pret vīrusa infekciju. Eksperimentāli noskaidrots, ka šādas rezistences iegūšana tiek panākta, ievadot īsu nekodējošu vīrusa RNS secību augu gēnā.
RNS iejaukšanās, kuras mehānisms joprojām nav pilnībā izprotams, tiek saukta par "vīrusu izraisītu gēnu klusēšanu".
Biologi sāka saukt šādu parādību summu par gēnu ekspresijas post-transkripcijas kavēšanu.
Andrū Fīra un viņa kolēģiem izdevās pierādīt saistību starp līdzīgu parādību un semantiskas kopas ieviešanu. RNS un antisensu veidojoša divpavedienu RNS. Tieši viņa tika atzīta par galveno aprakstītā procesa parādīšanās iemeslu.
Molekulāro mehānismu iezīmes
Giardia intestinalis Dicer proteīnu katalizē, sagriežot divpavedienu RNS, veidojot mazus traucējošus RNS fragmentus. RNAāzes domēns ir zaļš, PAZ domēns ir dzeltens, un saistošā spirāle ir zila.
RNS traucējumu piemērošana balstās uz eksogēniem un endogēniem ceļiem.
Pirmais mehānisms ir balstīts uz vīrusa genomu vai ir laboratorijas eksperimentu rezultāts. Šāda RNS tiek sagriezta nelielos fragmentos citoplazmā. Otrais veids veidojas dzīva organisma atsevišķu gēnu ekspresijas laikā, piemēram, pirmsmikro RNS. Tas ietver specifisku cilmes cilpu struktūru izveidi kodolā, veidojot mRNS, kas mijiedarbojas ar RISC kompleksu.
Mazas traucējošas RNS
Tās ir ķēdes, kas sastāv no 20-25 nukleotīdiem ar nukleotīdu izvirzījumiem galos. Katrai ķēdei ir hidroksilgrupa 3' galā un fosfāta grupa 5' daļā. Šāda veida struktūra veidojas Dicer enzīma darbības rezultātā uz RNS saturošām matadatām. Pēc šķelšanās fragmenti kļūst par daļu no katalītiskā kompleksa. Argonauta proteīns pakāpeniski atritina RNS dupleksu, kas veicina to, ka RISC paliek tikai viena "vadošā" virkne. Tas ļauj efektora kompleksam meklēt konkrētu mērķa mRNS. PievienojotiesNotiek siRNA-RISC kompleksa mRNS degradācija.
Šīs molekulas hibridizējas ar viena veida mērķa mRNS, kā rezultātā notiek molekulas šķelšanās.
mRNA
RNS iejaukšanās un augu aizsardzība ir savstarpēji saistīti procesi.
mRNS sastāv no 21-22 secīgiem endogēnas izcelsmes nukleotīdiem, kas ir iesaistīti organismu individuālās attīstības procesā. Tās gēni tiek transkribēti, veidojot garus primāros pri-miRNS transkriptus. Šīm struktūrām ir kāta cilpas forma, to garums sastāv no 70 nukleotīdiem. Tie satur fermentu ar RNāzes aktivitāti, kā arī proteīnu, kas spēj saistīt divpavedienu RNS. Tālāk notiek transportēšana uz citoplazmu, kur iegūtā RNS kļūst par Dicer enzīma substrātu. Apstrāde var notikt dažādos veidos atkarībā no šūnas veida.
Tā darbojas RNS traucējumi. Procesa pielietojums vēl nav pilnībā izpētīts.
Piemēram, bija iespējams noteikt citu mRNS apstrādes ceļu, kas nav atkarīgs no Diser. Šajā gadījumā molekulu sagriež argonauta proteīns. Atšķirība starp miRNS un siRNS ir spēja inhibēt translāciju ar vairākām dažādām mRNS, kas satur līdzīgas aminoskābju sekvences.
RISC efektoru komplekss
RNS traucējumi,kuru bioloģiskās funkcijas ļauj atrisināt daudzus jautājumus, kas saistīti ar proteīna kompleksu, kas nodrošina mRNS šķelšanos traucējumu laikā. RISC komplekss veicina ATP sadalīšanos vairākos fragmentos.
Ar rentgenstaru difrakcijas analīzes palīdzību tika noteikts, ka ar šāda kompleksa palīdzību process tiek ievērojami paātrināts. Tā katalītisko daļu uzskata par argonautu proteīniem, kas lokalizējas noteiktās citoplazmas vietās. Šādi P-ķermeņi ir apgabali ar ievērojamu RNS degradācijas līmeni; tieši tajos tika konstatēta visaugstākā mRNS aktivitāte. Šādu kompleksu iznīcināšanu pavada RNS interferences procesa efektivitātes samazināšanās.
Transkripcijas slāpēšanas metodes
Papildus darbībai translācijas inhibīcijas līmenī RNS ietekmē arī gēnu transkripciju. Daži eikarioti izmanto šo veidu, lai nodrošinātu genoma struktūras stabilitāti. Pateicoties histonu modifikācijām, ir iespējams samazināt gēnu ekspresiju noteiktā apgabalā, jo šāds gabals pāriet heterohromatīna formā.
RNS iejaukšanās un tās bioloģiskā loma ir svarīgs jautājums, kas ir pelnījis nopietnu izpēti un analīzi. Lai veiktu pētījumu, tiek ņemtas vērā tās ķēdes sadaļas, kas ir atbildīgas par savienošanas veidu pārī.
Piemēram, raugam transkripcijas nomākšanu veic tieši RISC komplekss, kas satur Chp1 fragmentu ar hromodomēnu, argonautu un proteīnu, kam irnezināma funkcija Tas3.
Lai izraisītu heterohromatīna reģionu veidošanos, ir nepieciešams Dicer enzīms RNS polimerāze. Šādu gēnu dalīšanās izraisa histonu metilēšanas pārkāpumu, izraisa šūnu dalīšanās palēnināšanos vai šī procesa pilnīgu apstāšanos.
RNS rediģēšana
Visbiežāk sastopamais šī procesa veids augstākajos eikariotos ir adenozīna pārvēršanas process inozīnā, kas notiek RNS dubultajā virknē. Lai veiktu šādu transformāciju, tiek izmantots enzīms adenozīna deamināze.
Divdesmit pirmā gadsimta sākumā tika izvirzīta hipotēze, saskaņā ar kuru RNS iejaukšanās mehānisms un molekulas rediģēšana tika atzīti par konkurences procesiem. Pētījumi ar zīdītājiem liecina, ka RNS rediģēšana var novērst transgēnu klusēšanu.
Atšķirības starp organismiem
Tas slēpjas spējā uztvert svešās RNS, pielietot tās traucējumu gaitā. Augiem šis efekts ir sistēmisks. Pat nelielas RNS ievadīšanas gadījumā noteikts gēns tiek nomākts visā ķermenī. Ar šo darbību RNS signāls tiek pārraidīts starp citām šūnām. RNS polimerāze piedalās tās pastiprināšanā.
Starp organismiem ir atšķirība svešu gēnu izmantošanā RNS iejaukšanās procesā.
Augos siRNS transportēšanas process notiek caur plazmodesmātu. Šādu RNS efektu pārmantošanu nodrošina noteiktu gēnu promotoru metilēšana.
Galvenā atšķirība starp šo mehānismu unaugi ir to mRNS komplementaritātes ideāls, kas kopā ar RISC kompleksu veicina šīs molekulas pilnīgu degradāciju.
Bioloģiskās funkcijas
Attiecīgā sistēma ir svarīga imūnās atbildes reakcija pret svešķermeņiem. Piemēram, augiem ir vairāki Dicer proteīna analogi, kurus izmanto, lai cīnītos pret daudziem vīrusu organismiem.
RNS var uzskatīt par augu iegūtu pretvīrusu aizsardzības mehānismu, kas tiek iedarbināts visā organismā.
Neskatoties uz to, ka dzīvnieku šūnās tiek ekspresēts daudz mazāk Dicer proteīna, mēs varam runāt par RNS līdzdalību pretvīrusu reakcijā.
Šobrīd cilvēku un dzīvnieku organismā notiekošās imūnās atbildes ir daļēji pētītas.
Biologi turpina pētījumus, cenšoties ne tikai pamatot to rašanās mehānismus, bet arī atrast veidus, kā ietekmēt imūno mijiedarbību. Veiksmīgas visu RNS traucējumu nianses izskaidrošanas gadījumā zinātnieki spēs kontrolēt šīs bioķīmiskās reakcijas un izveidot aizsardzības mehānismus pret svešķermeņiem.
