Mis on RNA interferents? See termin viitab süsteemile geenide aktiivsuse kontrollimiseks eukarüootsetes rakkudes. Sarnane protsess toimub lühikeste (mitte rohkem kui 25 nukleotiidi ahela kohta) ribonukleiinhappe molekulide tõttu.
RNA interferentsi iseloomustab geeniekspressiooni transkriptsioonijärgne pärssimine mRNA hävitamise või deadenüülimise kaudu.
Olulisus
Seda leiti paljude eukarüootide rakkudes: seened, taimed, loomad.
RNA interferentsi peetakse oluliseks viisiks rakkude kaitsmiseks viiruste eest. Ta osaleb embrüogeneesi protsessis.
Ribonukleiinhappe geeniekspressioonile avaldatava mõju võimsa ja selektiivse olemuse tõttu saab elusorganismides ja rakukultuurides läbi viia tõsiseid bioloogilisi uuringuid.
Varem kandis RNA interferents teist nime – kosupressioon. Pärast selle protsessi üksikasjalikku uurimist, kui Andrew Fire ja Craig Melo said Nobeli meditsiiniauhinna selle toimumise mehhanismi uurimise eest, nimetati see protsess ümber.
Ajalugu
Mis on RNA interferents? Selle avastamise põhjuseks on tõsine eelvaatlus mõju allantisenss-RNA ekspressiooni pärssimine taimegeenides.
Mõni aeg hiljem saavutasid Ameerika teadlased hämmastavaid tulemusi, kui petuuniatesse viidi transgeene. Teadlased püüdsid analüüsitud taime modifitseerida nii, et anda lilledele küllastunud toon. Selleks sisestasid nad rakkudesse ensüümi kalkoonsüntaasi geeni täiendavad koopiad, mis vastutavad lilla pigmendi moodustumise eest.
Kuid uuringu tulemused olid täiesti ettearvamatud. Petuunia võra soovitud tumenemise asemel on selle taime õied muutunud valgeks. Kalkoon süntaasi ensüümi vähenenud aktiivsust on nimetatud kosupressiooniks.
Olulised punktid
Järgmised katsed näitasid mRNA lagunemise taseme tõusust tingitud geeniekspressiooni transkriptsioonijärgse inhibeerimise mõju sellele protsessile.
Tol ajal oli teada, et need taimed, mis ekspresseerivad spetsiaalseid valke, ei ole vastuvõtlikud viirusega nakatumisele. Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et sellise resistentsuse saavutamine saavutatakse viiruse RNA lühikese mittekodeeriva järjestuse sisestamisega taimegeeni.
RNA interferentsi, mille mehhanismi pole siiani täielikult mõistetud, on nimetatud "viiruse poolt indutseeritud geenide vaigistamiseks".
Bioloogid hakkasid selliste nähtuste summat nimetama geeniekspressiooni transkriptsioonijärgseks pärssimiseks.
Andrew Fire ja tema kolleegid suutsid tõestada seost sarnase nähtuse ja semantilise kogumi kasutuselevõtu vahelRNA ja antisenss, mis moodustavad kaheahelalise RNA. Just teda peeti kirjeldatud protsessi ilmnemise peamiseks põhjuseks.
Molekulaarsete mehhanismide omadused
Giardia intestinalis Dicer valku katalüüsitakse kaheahelalise RNA lõikamisega, et tekitada väikesed segavad RNA fragmendid. RNAaasi domeen on roheline, PAZ domeen on kollane ja sidumisheeliks on sinine.
RNA interferentsi rakendamine põhineb eksogeensetel ja endogeensetel radadel.
Esimene mehhanism põhineb viiruse genoomil või on laboratoorsete katsete tulemus. Selline RNA lõigatakse tsütoplasmas väikesteks fragmentideks. Teine tüüp moodustub elusorganismi üksikute geenide, näiteks eelmikro-RNA ekspressiooni käigus. See hõlmab spetsiifiliste tüve-silmusstruktuuride loomist tuumas, moodustades mRNA-sid, mis interakteeruvad RISC-kompleksiga.
Väikesed segavad RNA-d
Need on 20–25 nukleotiidist koosnevad ahelad, mille otstes on nukleotiidide väljaulatuvad osad. Iga ahela 3'-otsas on hüdroksüülrühm ja 5'-osas fosfaatrühm. Seda tüüpi struktuur moodustub Diceri ensüümi toimel RNA-d sisaldavatele juuksenõeladele. Pärast lõhustumist muutuvad fragmendid katalüütilise kompleksi osaks. Argonaudi valk kerib järk-järgult lahti RNA dupleksi, mis aitab kaasa RISC-i ainult ühe "juhtahela" jätmisele. See võimaldab efektorkompleksil otsida spetsiifilist sihtmärk-mRNA-d. LiitumiselToimub siRNA-RISC kompleksi mRNA lagunemine.
Need molekulid hübridiseeruvad ühte tüüpi sihtmärk-mRNA-ga, mille tulemuseks on molekuli lõhustumine.
mRNA
RNA interferents ja taimekaitse on omavahel seotud protsessid.
mRNA koosneb 21-22 järjestikusest endogeense päritoluga nukleotiidist, mis osalevad organismide individuaalse arengu protsessis. Selle geenid transkribeeritakse, moodustades pri-miRNA transkriptide pikad primaarsed transkriptid. Need struktuurid on tüvisilmuse kujulised, nende pikkus koosneb 70 nukleotiidist. Need sisaldavad RNaasi aktiivsusega ensüümi, samuti valku, mis on võimeline siduma kaheahelalist RNA-d. Edasi toimub transport tsütoplasmasse, kus saadud RNA muutub Diceri ensüümi substraadiks. Töötlemine võib olenev alt lahtri tüübist toimuda erineval viisil.
Nii toimib RNA interferents. Protsessi rakendamist pole veel täielikult uuritud.
Näiteks oli võimalik kindlaks teha teistsuguse mRNA töötlemise tee võimalus, mis ei sõltu Diserist. Sel juhul lõikab molekuli argonaudi valk. MiRNA ja siRNA erinevus seisneb võimes inhibeerida translatsiooni mitme erineva mRNA-ga, mis sisaldavad sarnaseid aminohappejärjestusi.
RISC efektorkompleks
RNA häired,mille bioloogilised funktsioonid võimaldavad lahendada paljusid probleeme, mis on seotud valgukompleksiga, mis tagab mRNA lõhustumise interferentsi ajal. RISC kompleks soodustab ATP jagunemist mitmeks fragmendiks.
Röntgendifraktsioonanalüüsi abil tehti kindlaks, et sellise kompleksi abil kiireneb protsess oluliselt. Selle katalüütiliseks osaks peetakse argonauti valke, mis paiknevad tsütoplasmas teatud kohtades. Sellised P-kehad esindavad piirkondi, kus on märkimisväärne RNA lagunemise tase; just neis tuvastati kõrgeim mRNA aktiivsus. Selliste komplekside hävitamisega kaasneb RNA interferentsi protsessi efektiivsuse vähenemine.
Transkriptsiooni mahasurumise meetodid
Lisaks oma toimele translatsiooni inhibeerimise tasemel on RNA-l mõju ka geenide transkriptsioonile. Mõned eukarüootid kasutavad seda viisi genoomi struktuuri stabiilsuse tagamiseks. Tänu histoonide modifitseerimisele on võimalik teatud piirkonnas geeniekspressiooni vähendada, kuna selline tükk läheb üle heterokromatiiniks.
RNA interferents ja selle bioloogiline roll on oluline teema, mis väärib tõsist uurimist ja analüüsi. Uurimise läbiviimiseks võetakse arvesse neid ahela osi, mis vastutavad sidumise tüübi eest.
Näiteks pärmi puhul teostab transkriptsiooni supressiooni just RISC kompleks, mis sisaldab Chp1 fragmenti koos kromodomeeniga, argonauti ja valku, millel ontundmatu funktsioon Tas3.
Heterokromatiini piirkondade moodustumise esilekutsumiseks on vaja Diceri ensüümi, RNA polümeraasi. Selliste geenide jagunemine põhjustab histooni metüülimise rikkumist, rakkude jagunemise aeglustumist või selle protsessi täielikku peatumist.
RNA redigeerimine
Selle protsessi kõige levinum vorm kõrgemates eukarüootides on adenosiini muundumine inosiiniks, mis toimub RNA kaheahelalises ahelas. Sellise transformatsiooni läbiviimiseks kasutatakse ensüümi adenosiindeaminaasi.
21. sajandi alguses esitati hüpotees, mille kohaselt tunnistati RNA interferentsi mehhanismi ja molekuli redigeerimist konkureerivateks protsessideks. Imetajate uuringud näitavad, et RNA redigeerimine võib takistada transgeenide vaigistamist.
Organismidevahelised erinevused
See seisneb võimes tajuda võõrast RNA-d ja rakendada neid häirete käigus. Taimede puhul on see mõju süsteemne. Isegi RNA kerge sissetoomise korral surutakse teatud geen kogu kehas alla. Selle toiminguga edastatakse RNA signaal teiste rakkude vahel. RNA polümeraas osaleb selle amplifikatsioonis.
Organismide vahel on erinevusi võõrgeenide kasutamises RNA interferentsi protsessis.
Taimedes toimub siRNA transpordi protsess plasmodesmaatide kaudu. Selliste RNA-efektide pärandumise tagab teatud geenide promootorite metüülimine.
Peamine erinevus selle mehhanismi jataimed on nende mRNA komplementaarsuse ideaal, mis koos RISC-kompleksiga aitab kaasa selle molekuli täielikule lagunemisele.
Bioloogilised funktsioonid
Kõnealune süsteem on võõrkehadele reageerimise oluline komponent. Näiteks on taimedel mitmeid Diceri valgu analooge, mida kasutatakse paljude viirusorganismide vastu võitlemiseks.
RNA-d võib pidada taimelt omandatud viirusevastaseks kaitsemehhanismiks, mis käivitatakse kogu kehas.
Hoolimata asjaolust, et loomarakkudes ekspresseeritakse palju vähem Diceri valku, võime rääkida RNA osalemisest viirusevastases vastuses.
Praegu on inimeste ja loomade kehas esinevaid immuunvastuseid osaliselt uuritud.
Bioloogid jätkavad uurimistööd, püüdes mitte ainult põhjendada nende esinemise mehhanisme, vaid leida ka viise immuunkoostoimete mõjutamiseks. RNA interferentsi kõigi nüansside eduka selgitamise korral suudavad teadlased neid biokeemilisi reaktsioone kontrollida ja luua kaitsemehhanisme võõrkehade eest.
