Wat is RNA-interferentie? Deze term verwijst naar een systeem voor het regelen van de activiteit van genen in eukaryote cellen. Een soortgelijk proces vindt plaats vanwege korte (niet meer dan 25 nucleotiden per keten) moleculen ribonucleïnezuur.
RNA-interferentie wordt gekenmerkt door post-transcriptionele remming van genexpressie door de vernietiging of deadenylering van mRNA.
Betekenis
Het werd gevonden in de cellen van veel eukaryoten: schimmels, planten, dieren.
RNA-interferentie wordt beschouwd als een belangrijke manier om cellen tegen virussen te beschermen. Ze neemt deel aan het proces van embryogenese.
Vanwege de krachtige en selectieve aard van het effect van ribonucleïnezuur op genexpressie, kan serieus biologisch onderzoek worden uitgevoerd in levende organismen, celculturen.
Voorheen had RNA-interferentie een andere naam - cosuppressie. Na een gedetailleerde studie van dit proces, die de Nobelprijs voor de geneeskunde ontving voor de studie van het mechanisme van het optreden ervan door Andrew Fire en Craig Melo, kreeg dit proces een nieuwe naam.
Geschiedenis
Wat is RNA-interferentie? De ontdekking is te wijten aan serieuze voorlopige observatie onder invloed vanantisense RNA remming van expressie in plantengenen.
Enige tijd later behaalden Amerikaanse wetenschappers verbazingwekkende resultaten toen transgenen werden geïntroduceerd in petunia's. De onderzoekers probeerden de geanalyseerde plant zo aan te passen dat de bloemen een meer verzadigde tint kregen. Om dit te doen, brachten ze extra kopieën in de cellen van het gen voor het enzym chalconsynthase, dat verantwoordelijk is voor de vorming van het paarse pigment.
Maar de resultaten van het onderzoek waren volledig onvoorspelbaar. In plaats van de gewenste verduistering van de bloemkroon van de petunia zijn de bloemen van deze plant wit geworden. Verminderde activiteit van het enzym chalconsynthase wordt cosuppressie genoemd.
Belangrijke punten
Volgende experimenten onthulden het effect op dit proces van post-transcriptionele remming van genexpressie als gevolg van een toename van het niveau van mRNA-afbraak.
Destijds was bekend dat die planten die speciale eiwitten tot expressie brengen niet vatbaar zijn voor infectie door het virus. Experimenteel is vastgesteld dat het verkrijgen van een dergelijke resistentie wordt bereikt door een korte niet-coderende sequentie van viraal RNA in het plantengen te introduceren.
RNA-interferentie, waarvan het mechanisme nog steeds niet volledig wordt begrepen, wordt "virus-geïnduceerde genuitschakeling" genoemd.
Biologen begonnen de som van dergelijke verschijnselen post-transcriptionele remming van genexpressie te noemen.
Andrew Fire en zijn collega's zijn erin geslaagd om het verband te bewijzen tussen een soortgelijk fenomeen en de introductie van een reeks semantischeRNA en antisense vormen dubbelstrengs RNA. Zij was het die werd erkend als de belangrijkste reden voor het verschijnen van het beschreven proces.
Kenmerken van moleculaire mechanismen
Het Giardia intestinalis Dicer-eiwit wordt gekatalyseerd door dubbelstrengs RNA te knippen om kleine storende RNA-fragmenten te produceren. Het RNAase-domein is groen, het PAZ-domein is geel en de bindende helix is blauw.
De toepassing van RNA-interferentie is gebaseerd op exogene en endogene routes.
Het eerste mechanisme is gebaseerd op het virusgenoom of is het resultaat van laboratoriumexperimenten. Dergelijk RNA wordt in het cytoplasma in kleine fragmenten geknipt. Het tweede type wordt gevormd tijdens de expressie van individuele genen van een levend organisme, bijvoorbeeld pre-micro-RNA. Het omvat de creatie van specifieke stamlusstructuren in de kern, waarbij mRNA's worden gevormd die interageren met het RISC-complex.
Kleine storende RNA's
Het zijn ketens die bestaan uit 20-25 nucleotiden met nucleotide-uitsteeksels aan de uiteinden. Elke keten heeft een hydroxylgroep aan het 3'-uiteinde en een fosfaatgroep aan de 5'-eenheid. Een dergelijke structuur wordt gevormd door de werking van het Dicer-enzym op RNA-bevattende haarspelden. Na splitsing worden de fragmenten onderdeel van het katalytische complex. Het argonaut-eiwit wikkelt de RNA-duplex geleidelijk af, wat ertoe bijdraagt dat er slechts één "gids"-streng in RISC achterblijft. Het stelt het effectorcomplex in staat om naar een specifiek doel-mRNA te zoeken. Bij deelnamesiRNA-RISC-complex mRNA-afbraak vindt plaats.
Deze moleculen hybridiseren met één type doel-mRNA, wat resulteert in splitsing van het molecuul.
mRNA
RNA-interferentie en gewasbescherming zijn onderling verbonden processen.
mRNA bestaat uit 21-22 opeenvolgende nucleotiden van endogene oorsprong, die betrokken zijn bij het proces van individuele ontwikkeling van organismen. De genen worden getranscribeerd om lange primaire transcripten van pri-miRNA-transcripten te vormen. Deze structuren hebben de vorm van een stamlus, hun lengte bestaat uit 70 nucleotiden. Ze bevatten een enzym met RNase-activiteit, evenals een eiwit dat in staat is dubbelstrengs RNA te binden. Verder vindt transport naar het cytoplasma plaats, waar het resulterende RNA een substraat wordt voor het Dicer-enzym. De verwerking kan op verschillende manieren plaatsvinden, afhankelijk van het type cel.
Dit is hoe RNA-interferentie werkt. De toepassing van het proces is nog niet volledig onderzocht.
Het was bijvoorbeeld mogelijk om de mogelijkheid vast te stellen van een ander pad van mRNA-verwerking, dat niet afhankelijk is van Diser. In dit geval wordt het molecuul gesneden door het argonaut-eiwit. Het verschil tussen miRNA en siRNA is het vermogen om translatie te remmen met verschillende mRNA's die vergelijkbare aminozuursequenties bevatten.
RISC-effectorcomplex
RNA-interferentie,waarvan de biologische functies het mogelijk maken om veel problemen op te lossen die verband houden met het eiwitcomplex, dat zorgt voor de splitsing van mRNA tijdens interferentie. Het RISC-complex bevordert de verdeling van ATP in verschillende fragmenten.
Met behulp van röntgendiffractie-analyse werd vastgesteld dat door middel van een dergelijk complex het proces aanzienlijk wordt versneld. Het katalytische deel ervan wordt beschouwd als argonaut-eiwitten, die zich op bepaalde plaatsen in het cytoplasma bevinden. Dergelijke P-lichamen vertegenwoordigen gebieden met significante niveaus van RNA-afbraak; het is daarin dat de hoogste mRNA-activiteit werd gedetecteerd. De vernietiging van dergelijke complexen gaat gepaard met een afname van de efficiëntie van het RNA-interferentieproces.
Methoden voor onderdrukking van transcriptie
Naast zijn werking op het niveau van translatieremming, heeft RNA ook een effect op gentranscriptie. Sommige eukaryoten gebruiken deze manier om de stabiliteit van de genoomstructuur te verzekeren. Dankzij de modificatie van histonen is het mogelijk om genexpressie in een bepaald gebied te verminderen, aangezien zo'n stuk overgaat in de vorm van heterochromatine.
RNA-interferentie en zijn biologische rol is een belangrijk probleem dat serieuze studie en analyse verdient. Om onderzoek te doen, wordt gekeken naar die delen van de keten die verantwoordelijk zijn voor het type koppeling.
Bij gist wordt transcriptieonderdrukking bijvoorbeeld precies uitgevoerd door het RISC-complex, dat het Chp1-fragment met het chromodomein, argonaut en een eiwit bevat datonbekende functie Tas3.
Om de vorming van heterochromatinegebieden te induceren, is het Dicer-enzym, RNA-polymerase, vereist. De deling van dergelijke genen leidt tot een schending van histonmethylering, leidt tot een vertraging van de celdeling of een volledige stop van dit proces.
RNA-bewerking
De meest voorkomende vorm van dit proces bij hogere eukaryoten is het proces waarbij adenosine wordt omgezet in inosine, dat plaatsvindt in de dubbele streng van RNA. Om een dergelijke transformatie uit te voeren, wordt het enzym adenosinedeaminase gebruikt.
Aan het begin van de eenentwintigste eeuw werd een hypothese naar voren gebracht volgens welke het mechanisme van RNA-interferentie en bewerking van het molecuul werden erkend als concurrerende processen. Zoogdierstudies suggereren dat RNA-editing het uitschakelen van transgenen kan voorkomen.
Verschillen tussen organismen
Het ligt in het vermogen om vreemd RNA waar te nemen, toe te passen tijdens interferentie. Voor planten is dit effect systemisch. Zelfs bij een kleine introductie van RNA wordt een bepaald gen door het hele lichaam onderdrukt. Met deze actie wordt het RNA-signaal tussen andere cellen overgedragen. RNA-polymerase neemt deel aan de amplificatie ervan.
Tussen organismen is er een verschil in het gebruik van vreemde genen in het proces van RNA-interferentie.
In planten vindt het proces van siRNA-transport plaats via plasmodesmata. De overerving van dergelijke RNA-effecten wordt verzekerd door methylering van de promotors van bepaalde genen.
Het belangrijkste verschil tussen dit mechanisme enplanten is de idealiteit van hun mRNA-complementariteit, die samen met het RISC-complex bijdraagt aan de volledige afbraak van dit molecuul.
Biologische functies
Het systeem in kwestie is een belangrijk onderdeel van de immuunrespons op vreemde materialen. Planten hebben bijvoorbeeld verschillende analogen van het Dicer-eiwit, die worden gebruikt om tal van virale organismen te bestrijden.
RNA kan worden beschouwd als een door planten verworven antiviraal verdedigingsmechanisme dat door het hele lichaam wordt geactiveerd.
Ondanks het feit dat veel minder Dicer-eiwit tot expressie wordt gebracht in dierlijke cellen, kunnen we spreken over de deelname van RNA aan de antivirale respons.
Momenteel zijn de immuunreacties die optreden in het lichaam van mensen en dieren gedeeltelijk bestudeerd.
Biologen zetten hun onderzoek voort en proberen niet alleen de mechanismen van hun optreden te onderbouwen, maar ook manieren te vinden om immuuninteracties te beïnvloeden. In het geval van een succesvolle verklaring van alle nuances van RNA-interferentie, zullen wetenschappers in staat zijn deze biochemische reacties te beheersen en beschermingsmechanismen tegen vreemde lichamen te creëren.
