Vad är RNA-interferens? Denna term hänvisar till ett system för att kontrollera aktiviteten av gener i eukaryota celler. En liknande process uppstår på grund av korta (högst 25 nukleotider per kedja) molekyler av ribonukleinsyra.
RNA-interferens kännetecknas av post-transkriptionell hämning av genuttryck genom destruktion eller deadenylering av mRNA.
Significance
Det hittades i cellerna hos många eukaryoter: svampar, växter, djur.
RNA-interferens anses vara ett viktigt sätt att skydda celler från virus. Hon deltar i processen för embryogenes.
På grund av den kraftfulla och selektiva karaktären hos effekten av ribonukleinsyra på genuttryck, kan seriös biologisk forskning utföras i levande organismer, cellkulturer.
Tidigare hade RNA-interferens ett annat namn - cosuppression. Efter en detaljerad studie av denna process, som fick Nobelpriset i medicin för studiet av mekanismen för dess uppkomst av Andrew Fire och Craig Melo, döptes denna process om.
Historia
Vad är RNA-interferens? Dess upptäckt beror på allvarlig preliminär observation under påverkan avantisense RNA-inhibering av uttryck i växtgener.
En tid senare fick amerikanska forskare fantastiska resultat när transgener introducerades i petunior. Forskarna försökte modifiera den analyserade växten på ett sådant sätt att blommorna fick en mer mättad nyans. För att göra detta införde de i cellerna ytterligare kopior av genen för enzymet chalcone syntas, som är ansvarigt för bildandet av det lila pigmentet.
Men resultaten av studien var helt oförutsägbara. Istället för den önskade mörkningen av kronan av petunia, har blommorna av denna växt blivit vita. Minskad aktivitet av enzymet chalcone syntas har kallats cosuppression.
Viktiga poäng
Följande experiment avslöjade effekten på denna process av post-transkriptionell hämning av genuttryck på grund av en ökning av nivån av mRNA-nedbrytning.
Vid den tiden var det känt att de växter som uttrycker speciella proteiner inte är mottagliga för infektion av viruset. Det har experimentellt fastställts att erhållande av sådan resistens uppnås genom att introducera en kort icke-kodande sekvens av vir alt RNA i växtgenen.
RNA-interferens, vars mekanism fortfarande inte är helt klarlagd, har kallats "virusinducerad gentystnad."
Biologer började kalla summan av sådana fenomen för post-transkriptionell hämning av genuttryck.
Andrew Fire och hans kollegor lyckades bevisa sambandet mellan ett liknande fenomen och införandet av en uppsättning semantikRNA och antisensbildande dubbelsträngat RNA. Det var hon som erkändes som huvudorsaken till att den beskrivna processen uppträdde.
Funktioner hos molekylära mekanismer
Proteinet Giardia intestinalis Dicer katalyseras genom att skära dubbelsträngat RNA för att producera små störande RNA-fragment. RNAas-domänen är grön, PAZ-domänen är gul och bindningshelixen är blå.
Appliceringen av RNA-interferens är baserad på exogena och endogena vägar.
Den första mekanismen är baserad på virusgenomet eller är resultatet av laboratorieexperiment. Sådant RNA skärs i små fragment i cytoplasman. Den andra typen bildas under uttrycket av individuella gener från en levande organism, till exempel pre-mikro-RNA. Det involverar skapandet av specifika stam-loop-strukturer inom kärnan, som bildar mRNA som interagerar med RISC-komplexet.
Små störande RNA
De är kedjor som består av 20-25 nukleotider med nukleotidutsprång i ändarna. Varje kedja har en hydroxyldel vid 3'-änden och en fosfatgrupp vid 5'-delen. En struktur av denna typ bildas som ett resultat av verkan av Dicer-enzymet på RNA-innehållande hårnålar. Efter klyvning blir fragmenten en del av det katalytiska komplexet. Argonautproteinet lindar gradvis upp RNA-duplexet, vilket bidrar till att bara lämna en "guide"-sträng i RISC. Det tillåter effektorkomplexet att söka efter ett specifikt mål-mRNA. När man går medsiRNA-RISC-komplex mRNA-nedbrytning sker.
Dessa molekyler hybridiserar med en typ av mål-mRNA, vilket resulterar i klyvning av molekylen.
mRNA
RNA-interferens och växtskydd är relaterade processer.
mRNA består av 21-22 på varandra följande nukleotider av endogent ursprung, som är involverade i processen för individuell utveckling av organismer. Dess gener transkriberas för att bilda långa primära transkript av pri-miRNA-transkript. Dessa strukturer har formen av en stam-loop, deras längd består av 70 nukleotider. De innehåller ett enzym med RNas-aktivitet, såväl som ett protein som kan binda dubbelsträngat RNA. Vidare sker transport till cytoplasman, där det resulterande RNA:t blir ett substrat för Dicer-enzymet. Behandlingen kan ske på olika sätt, beroende på celltyp.
Så här fungerar RNA-interferens. Tillämpningen av processen har ännu inte utforskats helt.
Det var till exempel möjligt att fastställa möjligheten för en annan väg för mRNA-bearbetning, som inte beror på Diser. I det här fallet skärs molekylen av argonautproteinet. Skillnaden mellan miRNA och siRNA är förmågan att hämma translation med flera olika mRNA som innehåller liknande aminosyrasekvenser.
RISC effektorkomplex
RNA-interferens,vars biologiska funktioner tillåter att lösa många problem relaterade till proteinkomplexet, vilket säkerställer klyvning av mRNA under interferens. RISC-komplexet främjar uppdelningen av ATP i flera fragment.
Med hjälp av röntgendiffraktionsanalys fastställdes att med hjälp av ett sådant komplex påskyndas processen avsevärt. Dess katalytiska del anses vara argonautproteiner, som är lokaliserade på vissa ställen i cytoplasman. Sådana P-kroppar representerar områden med signifikanta nivåer av RNA-nedbrytning, det är i dem som den högsta mRNA-aktiviteten upptäcktes. Förstörelsen av sådana komplex åtföljs av en minskning av effektiviteten av RNA-interferensprocessen.
Metoder för att undertrycka transkription
Utöver verkan på nivån av translationell hämning, har RNA också en effekt på gentranskription. Vissa eukaryoter använder detta sätt för att säkerställa genomstrukturens stabilitet. Tack vare modifieringen av histoner är det möjligt att minska genuttrycket i ett visst område, eftersom en sådan bit övergår i form av heterokromatin.
RNA-interferens och dess biologiska roll är en viktig fråga som förtjänar seriösa studier och analyser. För att utföra forskning övervägs de delar av kedjan som är ansvariga för typen av ihopkoppling.
Till exempel, för jäst, utförs transkriptionsundertryckning exakt av RISC-komplexet, som innehåller Chp1-fragmentet med kromodomänen, argonaut och ett protein som harokänd funktion Tas3.
För att inducera bildningen av heterokromatinregioner krävs Dicer-enzymet, RNA-polymeras. Uppdelningen av sådana gener leder till en kränkning av histonmetyleringen, leder till en avmattning i celldelningen eller ett fullständigt stopp av denna process.
RNA-redigering
Den vanligaste formen av denna process i högre eukaryoter är processen att omvandla adenosin till inosin, vilket sker i dubbelsträngen av RNA. För att genomföra en sådan transformation används enzymet adenosindeaminas.
I början av det tjugoförsta århundradet lades en hypotes fram, enligt vilken mekanismen för RNA-interferens och redigering av molekylen erkändes som kompetitiva processer. Däggdjursstudier tyder på att RNA-redigering kan förhindra tystnad av transgen.
Skillnader mellan organismer
Det ligger i förmågan att uppfatta främmande RNA, applicera dem under störningsförloppet. För växter är denna effekt systemisk. Även vid en lätt introduktion av RNA undertrycks en viss gen i hela kroppen. Med denna åtgärd överförs RNA-signalen mellan andra celler. RNA-polymeras deltar i dess amplifiering.
Mellan organismer finns det en skillnad i användningen av främmande gener i processen för RNA-interferens.
I växter sker processen för siRNA-transport genom plasmodesmata. Nedärvningen av sådana RNA-effekter säkerställs genom metylering av promotorerna för vissa gener.
Den största skillnaden mellan denna mekanism ochväxter är idealiteten för deras mRNA-komplementaritet, som tillsammans med RISC-komplexet bidrar till den fullständiga nedbrytningen av denna molekyl.
Biologiska funktioner
Systemet i fråga är en viktig komponent i immunsvaret mot främmande material. Till exempel har växter flera analoger av Dicer-proteinet, som används för att bekämpa många virala organismer.
RNA kan betraktas som en växtförvärvad antiviral försvarsmekanism som utlöses i hela kroppen.
Trots det faktum att mycket mindre Dicer-protein uttrycks i djurceller, kan vi prata om RNAs deltagande i det antivirala svaret.
För närvarande har de immunsvar som förekommer i kroppen hos människor och djur delvis studerats.
Biologer fortsätter sin forskning och försöker inte bara bevisa mekanismerna för deras uppkomst, utan också att hitta sätt att påverka immuninteraktioner. I händelse av en framgångsrik förklaring av alla nyanser av RNA-interferens, kommer forskare att kunna kontrollera dessa biokemiska reaktioner och skapa mekanismer för skydd mot främmande kroppar.
