Τι είναι η παρεμβολή RNA; Αυτός ο όρος αναφέρεται σε ένα σύστημα για τον έλεγχο της δραστηριότητας των γονιδίων σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει λόγω βραχέων (όχι περισσότερα από 25 νουκλεοτίδια ανά αλυσίδα) μορίων ριβονουκλεϊκού οξέος.
Η παρεμβολή
RNA χαρακτηρίζεται από μετα-μεταγραφική αναστολή της γονιδιακής έκφρασης μέσω της καταστροφής ή της αποαδενυλίωσης του mRNA.
Σημασία
Βρέθηκε στα κύτταρα πολλών ευκαρυωτών: μύκητες, φυτά, ζώα.
Η παρεμβολή
RNA θεωρείται σημαντικός τρόπος προστασίας των κυττάρων από ιούς. Παίρνει μέρος στη διαδικασία της εμβρυογένεσης.
Λόγω της ισχυρής και επιλεκτικής φύσης της επίδρασης του ριβονουκλεϊκού οξέος στη γονιδιακή έκφραση, μπορεί να διεξαχθεί σοβαρή βιολογική έρευνα σε ζωντανούς οργανισμούς, κυτταροκαλλιέργειες.
Προηγουμένως, η παρεμβολή RNA είχε διαφορετικό όνομα - συνκαταστολή. Μετά από μια λεπτομερή μελέτη αυτής της διαδικασίας, λαμβάνοντας το Νόμπελ Ιατρικής για τη μελέτη του μηχανισμού εμφάνισής της από τους Andrew Fire και Craig Melo, αυτή η διαδικασία μετονομάστηκε.
Ιστορία
Τι είναι η παρεμβολή RNA; Η ανακάλυψή του οφείλεται σε σοβαρή προκαταρκτική παρατήρηση υπό την επήρεια τουαντιπληροφοριακή αναστολή έκφρασης RNA σε φυτικά γονίδια.
Λίγο καιρό αργότερα, Αμερικανοί επιστήμονες πέτυχαν εκπληκτικά αποτελέσματα όταν εισήχθησαν διαγονίδια στις πετούνιες. Οι ερευνητές προσπάθησαν να τροποποιήσουν το φυτό που αναλύθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να δίνουν στα λουλούδια μια πιο κορεσμένη απόχρωση. Για να γίνει αυτό, εισήγαγαν στα κύτταρα πρόσθετα αντίγραφα του γονιδίου για το ένζυμο συνθάση χαλκόνης, το οποίο είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό της μωβ χρωστικής.
Αλλά τα αποτελέσματα της μελέτης ήταν εντελώς απρόβλεπτα. Αντί για το επιθυμητό σκουρόχρωμο στέμμα της πετούνιας, τα άνθη αυτού του φυτού έχουν γίνει λευκά. Η μειωμένη δραστηριότητα του ενζύμου συνθάση χαλκόνης έχει ονομαστεί συνκαταστολή.
Σημαντικά σημεία
Μετά από πειράματα αποκάλυψαν την επίδραση σε αυτή τη διαδικασία μετα-μεταγραφικής αναστολής της γονιδιακής έκφρασης λόγω της αύξησης του επιπέδου αποικοδόμησης του mRNA.
Εκείνη την εποχή ήταν γνωστό ότι εκείνα τα φυτά που εκφράζουν ειδικές πρωτεΐνες δεν είναι ευαίσθητα στη μόλυνση από τον ιό. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι η απόκτηση τέτοιας αντοχής επιτυγχάνεται με την εισαγωγή μιας σύντομης μη κωδικοποιητικής αλληλουχίας ιικού RNA στο γονίδιο του φυτού.
Η παρεμβολή
RNA, ο μηχανισμός της οποίας δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός, έχει ονομαστεί "επαγόμενη από τον ιό γονιδιακή σίγαση".
Οι βιολόγοι άρχισαν να αποκαλούν το άθροισμα τέτοιων φαινομένων μετα-μεταγραφική αναστολή της γονιδιακής έκφρασης.
Ο Andrew Fire και οι συνεργάτες του κατάφεραν να αποδείξουν τη σύνδεση μεταξύ ενός παρόμοιου φαινομένου και την εισαγωγή ενός συνόλου σημασιολογικώνRNA και αντινόημα που σχηματίζει δίκλωνο RNA. Ήταν αυτή που αναγνωρίστηκε ως ο κύριος λόγος για την εμφάνιση της περιγραφόμενης διαδικασίας.
Χαρακτηριστικά των μοριακών μηχανισμών
Η πρωτεΐνη Giardia intestinalis Dicer καταλύεται κόβοντας δίκλωνο RNA για να παραχθούν μικρά παρεμβαλλόμενα θραύσματα RNA. Η περιοχή RNAase είναι πράσινη, η περιοχή PAZ είναι κίτρινη και η συνδετική έλικα είναι μπλε.
Η εφαρμογή της παρεμβολής RNA βασίζεται σε εξωγενείς και ενδογενείς οδούς.
Ο πρώτος μηχανισμός βασίζεται στο γονιδίωμα του ιού ή είναι αποτέλεσμα εργαστηριακών πειραμάτων. Ένα τέτοιο RNA κόβεται σε μικρά θραύσματα στο κυτταρόπλασμα. Ο δεύτερος τύπος σχηματίζεται κατά την έκφραση μεμονωμένων γονιδίων ενός ζωντανού οργανισμού, για παράδειγμα, προ-μικρο RNA. Περιλαμβάνει τη δημιουργία ειδικών δομών βλαστικού βρόχου μέσα στον πυρήνα, σχηματίζοντας mRNA που αλληλεπιδρούν με το σύμπλεγμα RISC.
Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA
Είναι αλυσίδες που αποτελούνται από 20-25 νουκλεοτίδια με νουκλεοτιδικές προεξοχές στα άκρα. Κάθε αλυσίδα έχει ένα τμήμα υδροξυλίου στο 3' άκρο και μια φωσφορική ομάδα στο 5' τμήμα. Μια δομή αυτού του τύπου σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της δράσης του ενζύμου Dicer σε φουρκέτες που περιέχουν RNA. Μετά τη διάσπαση, τα θραύσματα γίνονται μέρος του καταλυτικού συμπλόκου. Η πρωτεΐνη αργοναύτη ξετυλίγει σταδιακά το διπλό RNA, το οποίο συμβάλλει στο να μείνει μόνο ένας «οδηγός» κλώνος στο RISC. Επιτρέπει στο σύμπλεγμα τελεστή να αναζητήσει ένα συγκεκριμένο mRNA στόχο. Κατά την ένταξηΠαρουσιάζεται αποικοδόμηση mRNA του συμπλέγματος siRNA-RISC.
Αυτά τα μόρια υβριδοποιούνται με έναν τύπο mRNA στόχου, με αποτέλεσμα τη διάσπαση του μορίου.
mRNA
Η παρεμβολή RNA και η φυτοπροστασία είναι αλληλένδετες διαδικασίες.
Το
mRNA αποτελείται από 21-22 διαδοχικά νουκλεοτίδια ενδογενούς προέλευσης, τα οποία εμπλέκονται στη διαδικασία της ατομικής ανάπτυξης των οργανισμών. Τα γονίδιά του μεταγράφονται για να σχηματίσουν μακριές πρωτογενείς μεταγραφές μεταγραφών pri-miRNA. Αυτές οι δομές έχουν τη μορφή στελέχους-βρόχου, το μήκος τους αποτελείται από 70 νουκλεοτίδια. Περιέχουν ένα ένζυμο με δραστηριότητα RNase, καθώς και μια πρωτεΐνη ικανή να δεσμεύει δίκλωνο RNA. Περαιτέρω, λαμβάνει χώρα η μεταφορά στο κυτταρόπλασμα, όπου το RNA που προκύπτει γίνεται υπόστρωμα για το ένζυμο Dicer. Η επεξεργασία μπορεί να πραγματοποιηθεί με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με τον τύπο του κελιού.
Έτσι λειτουργεί η παρεμβολή RNA. Η εφαρμογή της διαδικασίας δεν έχει ακόμη διερευνηθεί πλήρως.
Για παράδειγμα, ήταν δυνατό να καθοριστεί η πιθανότητα διαφορετικής διαδρομής επεξεργασίας mRNA, η οποία δεν εξαρτάται από το Diser. Σε αυτή την περίπτωση, το μόριο κόβεται από την πρωτεΐνη αργοναύτη. Η διαφορά μεταξύ miRNA και siRNA είναι η ικανότητα αναστολής της μετάφρασης με πολλά διαφορετικά mRNA που περιέχουν παρόμοιες αλληλουχίες αμινοξέων.
Σύμπλοκο τελεστών RISC
παρεμβολή RNA,οι βιολογικές λειτουργίες του οποίου επιτρέπουν την επίλυση πολλών ζητημάτων που σχετίζονται με το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα, το οποίο εξασφαλίζει τη διάσπαση του mRNA κατά τη διάρκεια της παρεμβολής. Το σύμπλεγμα RISC προάγει τη διαίρεση του ATP σε πολλά τμήματα.
Με τη βοήθεια της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, προσδιορίστηκε ότι μέσω ενός τέτοιου συμπλέγματος η διαδικασία επιταχύνεται σημαντικά. Το καταλυτικό του μέρος θεωρείται ότι είναι αργοναυτικές πρωτεΐνες, οι οποίες εντοπίζονται σε ορισμένα σημεία του κυτταροπλάσματος. Τέτοια Ρ-σώματα αντιπροσωπεύουν περιοχές με σημαντικά επίπεδα αποικοδόμησης RNA· σε αυτά ανιχνεύθηκε η υψηλότερη δραστικότητα mRNA. Η καταστροφή τέτοιων συμπλεγμάτων συνοδεύεται από μείωση της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας παρεμβολής RNA.
Μέθοδοι καταστολής της μεταγραφής
Εκτός από τη δράση του σε επίπεδο μεταφραστικής αναστολής, το RNA έχει επίσης επίδραση στη γονιδιακή μεταγραφή. Μερικοί ευκαρυώτες χρησιμοποιούν αυτόν τον τρόπο για να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα της δομής του γονιδιώματος. Χάρη στην τροποποίηση των ιστονών, είναι δυνατό να μειωθεί η γονιδιακή έκφραση σε μια συγκεκριμένη περιοχή, καθώς ένα τέτοιο κομμάτι περνά στη μορφή ετεροχρωματίνης.
Η παρεμβολή
RNA και ο βιολογικός της ρόλος είναι ένα σημαντικό ζήτημα που αξίζει σοβαρής μελέτης και ανάλυσης. Για τη διεξαγωγή έρευνας, λαμβάνονται υπόψη εκείνα τα τμήματα της αλυσίδας που είναι υπεύθυνα για τον τύπο του ζευγαρώματος.
Για παράδειγμα, για τη ζύμη, η καταστολή της μεταγραφής πραγματοποιείται ακριβώς από το σύμπλεγμα RISC, το οποίο περιέχει το θραύσμα Chp1 με τη χρωμοτομή, τον αργοναύτη και μια πρωτεΐνη που έχειάγνωστη συνάρτηση Tas3.
Για να προκληθεί ο σχηματισμός περιοχών ετεροχρωματίνης, απαιτείται το ένζυμο Dicer, RNA πολυμεράση. Η διαίρεση τέτοιων γονιδίων οδηγεί σε παραβίαση της μεθυλίωσης της ιστόνης, οδηγεί σε επιβράδυνση της κυτταρικής διαίρεσης ή πλήρη διακοπή αυτής της διαδικασίας.
Επεξεργασία RNA
Η πιο κοινή μορφή αυτής της διαδικασίας στους ανώτερους ευκαρυώτες είναι η διαδικασία μετατροπής της αδενοσίνης σε ινοσίνη, η οποία εμφανίζεται στον διπλό κλώνο του RNA. Για να πραγματοποιηθεί ένας τέτοιος μετασχηματισμός, χρησιμοποιείται το ένζυμο αδενοσινο απαμινάση.
Στις αρχές του εικοστού πρώτου αιώνα, διατυπώθηκε μια υπόθεση, σύμφωνα με την οποία, ο μηχανισμός της παρεμβολής RNA και η επεξεργασία του μορίου αναγνωρίστηκαν ως ανταγωνιστικές διαδικασίες. Μελέτες σε θηλαστικά υποδηλώνουν ότι η επεξεργασία RNA μπορεί να αποτρέψει τη σίγαση διαγονιδίων.
Διαφορές μεταξύ οργανισμών
Βρίσκεται στην ικανότητα αντίληψης ξένου RNA, εφαρμογής τους κατά τη διάρκεια της παρεμβολής. Για τα φυτά, αυτή η επίδραση είναι συστηματική. Ακόμη και στην περίπτωση μιας ελαφριάς εισαγωγής RNA, ένα συγκεκριμένο γονίδιο καταστέλλεται σε όλο το σώμα. Με αυτή τη δράση, το σήμα RNA μεταδίδεται μεταξύ άλλων κυττάρων. Η RNA πολυμεράση συμμετέχει στην ενίσχυση της.
Μεταξύ των οργανισμών υπάρχει διαφορά στη χρήση ξένων γονιδίων στη διαδικασία παρεμβολής RNA.
Στα φυτά, η διαδικασία μεταφοράς siRNA λαμβάνει χώρα μέσω των πλασμοδεσμών. Η κληρονομικότητα τέτοιων επιδράσεων RNA διασφαλίζεται με τη μεθυλίωση των προαγωγέων ορισμένων γονιδίων.
Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτού του μηχανισμού καιφυτά είναι η ιδεατότητα της συμπληρωματικότητας του mRNA, η οποία, μαζί με το σύμπλεγμα RISC, συμβάλλει στην πλήρη αποικοδόμηση αυτού του μορίου.
Βιολογικές λειτουργίες
Το εν λόγω σύστημα είναι ένα σημαντικό συστατικό της ανοσολογικής απόκρισης σε ξένα υλικά. Για παράδειγμα, τα φυτά έχουν πολλά ανάλογα της πρωτεΐνης Dicer, τα οποία χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση πολλών ιικών οργανισμών.
Το
RNA μπορεί να θεωρηθεί ως ένας αντιιικός αμυντικός μηχανισμός που έχει αποκτηθεί από τα φυτά που ενεργοποιείται σε όλο το σώμα.
Παρά το γεγονός ότι εκφράζεται πολύ λιγότερη πρωτεΐνη Dicer στα ζωικά κύτταρα, μπορούμε να μιλήσουμε για τη συμμετοχή του RNA στην αντιική απόκριση.
Προς το παρόν, οι ανοσολογικές αποκρίσεις που εμφανίζονται στο σώμα των ανθρώπων και των ζώων έχουν μελετηθεί εν μέρει.
Οι βιολόγοι συνεχίζουν την έρευνα, προσπαθώντας όχι μόνο να τεκμηριώσουν τους μηχανισμούς εμφάνισής τους, αλλά και να βρουν τρόπους να επηρεάσουν τις αλληλεπιδράσεις του ανοσοποιητικού. Σε περίπτωση επιτυχούς εξήγησης όλων των αποχρώσεων της παρεμβολής RNA, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να ελέγχουν αυτές τις βιοχημικές αντιδράσεις και να δημιουργούν μηχανισμούς προστασίας από ξένα σώματα.
