Co je interference RNA? Tento termín označuje systém pro řízení aktivity genů v eukaryotických buňkách. K podobnému procesu dochází díky krátkým (ne více než 25 nukleotidům na řetězec) molekulám ribonukleové kyseliny.
RNA interference je charakterizována post-transkripční inhibicí genové exprese prostřednictvím destrukce nebo deadenylace mRNA.
Významnost
Byl nalezen v buňkách mnoha eukaryot: hub, rostlin, zvířat.
Interference RNA je považována za důležitý způsob ochrany buněk před viry. Účastní se procesu embryogeneze.
Vzhledem k silné a selektivní povaze účinku ribonukleové kyseliny na genovou expresi lze seriózní biologický výzkum provádět na živých organismech, buněčných kulturách.
Předtím měla interference RNA jiný název – kosuprese. Po podrobném prostudování tohoto procesu, získání Nobelovy ceny za medicínu za studium mechanismu jeho výskytu od Andrew Fire a Craiga Mela, byl tento proces přejmenován.
Historie
Co je interference RNA? Jeho objev je kvůli vážnému předběžnému pozorování pod vlivemantisense RNA inhibice exprese v rostlinných genech.
O nějaký čas později dosáhli američtí vědci úžasných výsledků, když byly do petúnií zavedeny transgeny. Vědci se pokusili upravit analyzovanou rostlinu tak, aby květinám dodala sytější odstín. K tomu vnesli do buněk další kopie genu pro enzym chalkonsyntázu, který je zodpovědný za tvorbu purpurového pigmentu.
Výsledky studie však byly naprosto nepředvídatelné. Místo požadovaného ztmavnutí koruny petúnie se květy této rostliny staly bílými. Snížená aktivita enzymu chalkonsyntázy se nazývá kosuprese.
Důležité body
Následující experimenty odhalily vliv na tento proces post-transkripční inhibice genové exprese v důsledku zvýšení úrovně degradace mRNA.
V té době bylo známo, že rostliny, které exprimují speciální proteiny, nejsou náchylné k infekci virem. Experimentálně bylo zjištěno, že získání takové rezistence je dosaženo zavedením krátké nekódující sekvence virové RNA do rostlinného genu.
Interference RNA, jejíž mechanismus stále není plně objasněn, se nazývá „virem indukované umlčování genů“.
Biologové začali souhrnu těchto jevů říkat post-transkripční inhibice genové exprese.
Andrew Fire a jeho kolegové dokázali prokázat souvislost mezi podobným fenoménem a zavedením množiny sémantickýchRNA a antisense tvořící dvouvláknovou RNA. Byla to ona, kdo byl rozpoznán jako hlavní důvod vzniku popsaného procesu.
Funkce molekulárních mechanismů
Protein Dicer Giardia intestinalis je katalyzován štěpením dvouvláknové RNA za vzniku malých interferujících fragmentů RNA. Doména RNAázy je zelená, doména PAZ žlutá a vazebná šroubovice je modrá.
Použití RNA interference je založeno na exogenních a endogenních drahách.
První mechanismus je založen na genomu viru nebo je výsledkem laboratorních experimentů. Taková RNA je v cytoplazmě rozřezána na malé fragmenty. Druhý typ se tvoří při expresi jednotlivých genů živého organismu, například pre-mikro RNA. Zahrnuje vytvoření specifických struktur kmenových smyček v jádře, které tvoří mRNA, které interagují s komplexem RISC.
Malé interferující RNA
Jsou to řetězce skládající se z 20-25 nukleotidů s nukleotidovými výběžky na koncích. Každý řetězec má hydroxylovou část na 3' konci a fosfátovou skupinu na 5' části. Struktura tohoto typu se vytváří jako výsledek působení enzymu Dicer na RNA obsahující vlásenky. Po štěpení se fragmenty stávají součástí katalytického komplexu. Argonautský protein postupně odmotává duplex RNA, což přispívá k ponechání pouze jednoho „vodícího“vlákna v RISC. Umožňuje efektorovému komplexu hledat specifickou cílovou mRNA. Při připojeníDochází k degradaci mRNA komplexu siRNA-RISC.
Tyto molekuly hybridizují s jedním typem cílové mRNA, což vede ke štěpení molekuly.
mRNA
Interference RNA a ochrana rostlin jsou vzájemně propojené procesy.
mRNA se skládá z 21-22 po sobě jdoucích nukleotidů endogenního původu, které se podílejí na procesu individuálního vývoje organismů. Jeho geny jsou transkribovány za vzniku dlouhých primárních transkriptů pri-miRNA transkriptů. Tyto struktury mají tvar stonku-smyčky, jejich délka se skládá ze 70 nukleotidů. Obsahují enzym s RNázovou aktivitou a také protein schopný vázat dvouvláknovou RNA. Dále probíhá transport do cytoplazmy, kde se výsledná RNA stává substrátem pro enzym Dicer. Zpracování může probíhat různými způsoby v závislosti na typu buňky.
Takto funguje interference RNA. Aplikace procesu ještě nebyla plně prozkoumána.
Například bylo možné stanovit možnost jiné cesty zpracování mRNA, která nezávisí na Diserovi. V tomto případě je molekula štěpena proteinem argonaut. Rozdíl mezi miRNA a siRNA je ve schopnosti inhibovat translaci několika různými mRNA, které obsahují podobné aminokyselinové sekvence.
RISC efektorový komplex
interference RNA,jejichž biologické funkce umožňují řešit mnoho problémů souvisejících s proteinovým komplexem, který zajišťuje štěpení mRNA při interferenci. Komplex RISC podporuje dělení ATP na několik fragmentů.
Pomocí rentgenové difrakční analýzy bylo zjištěno, že pomocí takového komplexu je proces výrazně urychlen. Za jeho katalytickou část jsou považovány argonautové proteiny, které jsou lokalizovány na určitých místech v cytoplazmě. Taková P-body představují oblasti s významnou úrovní degradace RNA, právě v nich byla detekována nejvyšší aktivita mRNA. Destrukce takových komplexů je doprovázena snížením účinnosti procesu interference RNA.
Metody potlačení transkripce
Kromě svého působení na úrovni inhibice translace má RNA také vliv na transkripci genů. Některá eukaryota tento způsob využívají k zajištění stability struktury genomu. Díky modifikaci histonů je možné snížit genovou expresi v určité oblasti, protože takový kus přechází do formy heterochromatinu.
Interference RNA a její biologická role je důležitý problém, který si zaslouží seriózní studium a analýzu. Při provádění výzkumu se berou v úvahu ty části řetězce, které jsou odpovědné za typ párování.
Například u kvasinek je potlačení transkripce prováděno právě komplexem RISC, který obsahuje fragment Chp1 s chromodoménou, argonautem a proteinem, který máneznámá funkce Tas3.
K indukci tvorby oblastí heterochromatinu je nutný enzym Dicer, RNA polymeráza. Rozdělení takových genů vede k porušení metylace histonů, vede ke zpomalení buněčného dělení nebo k úplnému zastavení tohoto procesu.
Úprava RNA
Nejběžnější formou tohoto procesu u vyšších eukaryot je proces přeměny adenosinu na inosin, který se vyskytuje ve dvouvláknech RNA. K provedení takové transformace se používá enzym adenosindeamináza.
Na začátku 21. století byla předložena hypotéza, podle níž byl mechanismus RNA interference a editace molekuly uznáván jako kompetitivní procesy. Studie na savcích naznačují, že editace RNA může zabránit umlčení transgenu.
Rozdíly mezi organismy
Spočívá ve schopnosti vnímat cizí RNA, aplikovat je v průběhu interference. U rostlin je tento účinek systémový. I v případě mírného zavedení RNA dochází k potlačení určitého genu v celém těle. Touto akcí je signál RNA přenášen mezi ostatními buňkami. RNA polymeráza se účastní její amplifikace.
Mezi organismy existuje rozdíl v použití cizích genů v procesu interference RNA.
V rostlinách probíhá proces transportu siRNA prostřednictvím plasmodesmat. Dědičnost takových účinků RNA je zajištěna metylací promotorů určitých genů.
Hlavní rozdíl mezi tímto mechanismem arostlin je ideální komplementarita jejich mRNA, která spolu s komplexem RISC přispívá k úplné degradaci této molekuly.
Biologické funkce
Dotyčný systém je důležitou součástí imunitní odpovědi na cizí materiály. Například rostliny mají několik analogů proteinu Dicer, které se používají k boji proti četným virovým organismům.
RNA lze považovat za rostlinou získaný antivirový obranný mechanismus, který se spouští v celém těle.
Navzdory skutečnosti, že v živočišných buňkách je exprimováno mnohem méně proteinu Dicer, můžeme mluvit o účasti RNA na antivirové odpovědi.
V současné době byly imunitní reakce vyskytující se v těle lidí a zvířat částečně studovány.
Biologové pokračují ve výzkumu a snaží se nejen doložit mechanismy jejich výskytu, ale také najít způsoby, jak ovlivnit imunitní interakce. V případě úspěšného vysvětlení všech nuancí interference RNA budou vědci schopni tyto biochemické reakce řídit a vytvořit mechanismy ochrany proti cizím tělesům.
