Informativni portal za žene / Likuvannya / Nemojte ulaziti u skladište malih interferirajućih RNK. O svim RNK na svijetu, velikim i malim

Nemojte ulaziti u skladište malih interferirajućih RNK. O svim RNK na svijetu, velikim i malim

24.07.2023

U živoj ćeliji protok informacija između jezgra i citoplazme nikada nije iscrpljen, zbog razumijevanja cijelog njenog „vorteksa” i dešifriranja kodiranih informacija – to je zaista titanski zadatak. Jedan od najvažnijih napredaka u biologiji prošlog stoljeća je uvođenje molekula informacijske (ili šablonske) RNK (mRNA ili mRNA), koji su posrednici, koji prenose informacijske „poruke“ iz jezgara (iz hromozoma) u citoplazma. Početna uloga RNK u sintezi proteina prenesena je na rad Torbjörna Kasperssona 1939. Torbjörn Caspersson), Jean Brachet ( Jean Brachet) onaj Jacka Schultza ( Jack Schultz), a 1971. George Marbais ( George Marbaix) pokretanjem sinteze hemoglobina u oocitima žabe, što je proizvelo injekciju prethodno viđene RNK zeca, koja kodira ovaj protein.

Godine 1956-1957, u Uniji Radyansky, A. N. Bilozersky i A. S. Spirin odmah su doveli do stvaranja mRNA, a također su shvatili da glavna masa RNK u stanicama nije postala šablona, već ribosomska RNK(RRNA). Ribosomalna RNK – još jedan tip ćelijske RNK „glave“ – stvara „kostur“ i funkcionalni centar ribozoma u svim organizmima; rRNA sama (a ne proteini) reguliše glavne faze sinteze proteina. Istovremeno je opisan i razvijen i treći tip RNK „glave“ – transferna RNK (tRNA), koja u kompleksu sa druge dvije – mRNA i rRNA – tvori jedan kompleks za sintezu proteina. Moguće je pratiti popularnu hipotezu o "RNA svjetlosti", sama nukleinska kiselina je ležala kroz tokove života na Zemlji.

Zbog činjenice da je RNK značajno hidrofilnija u skladu s DNK (zamjenom deoksiriboze ribozom), ona je labilnija i može se slobodno kretati u tijelu, te stoga isporučuje kratkotrajne replike genetske informacije (mRNA) do mjesto gdje počinje sinteza proteina. Međutim, to je također povezano s "nemanipulacijom" - RNK više nije stabilna. Ima dosta sadržaja, nižeg DNK, koji je sačuvan (u sredini ćelije) i degradiran usled najmanjih promena (temperatura, pH). Osim „moćne“ nestabilnosti, veliki doprinos imaju ribonukleaze (ili RNaze) – klasa enzima koji razgrađuju RNK, koji su vrlo stabilni i „sveprisutni“ – ruke eksperimentatora će dovesti do dovoljnog broja ovih enzima da ponovo pređemo čitav eksperiment. Lakšom obradom RNK, od proteina ili DNK, stotine hiljada gubitaka se mogu spasiti praktično bez oštećenja.

Fantastična tačnost u radu, tridestilat, sterilne rukavice, jednokratno laboratorijsko stakleno posuđe - sve je to neophodno da bi se sprečila degradacija RNK i od tada nije bilo moguće održati takve standarde. Zato dugo vremena kratki „trikovi“ RNK, koji su neminovno doveli do sukoba, jednostavno nisu izazivali poštovanje. Međutim, tokom godina je postalo jasno da su se, bez obzira na sve napore da se održi sterilnost radnog prostora, „trikovi“ prirodno i dalje pojavljivali, a onda je postalo jasno da su hiljade kratkih prirubnica uvek bile prisutne u citoplazmi južne RNK. , koji je odgovoran za funkcije pjesme, a apsolutno je neophodan za normalan razvoj ćelija i organizma.

Princip interferencije RNK

Mogućnost stagnacije siRNA odgađaju farmaceuti, jer postojanje direktne regulacije rada susjednih gena znači da nema izgleda za liječenje mase bolesti. Mala veličina i visoka specifičnost djelovanja znače visoku efikasnost i nisku toksičnost lijekova na bazi siRNA; međutim, problem je isporuka siRNA još nije stigla do bolesnih ćelija u tijelu - to je zbog krhkosti i krhkosti ovih molekula. I iako desetine timova pokušavaju da pronađu način da ove „šarmantne hladnoće“ usmere tačno na metu (među bolesnim organima), vidljiv uspeh još nije postignut. Oko toga postoje i druge sklopive strukture. Na primjer, u nekoj antivirusnoj terapiji, visoku živahnost siRNA može biti uzrokovana "slugom" - fragmenti virusa brzo mutiraju, promjenjivi sojevi čak brzo gube osjetljivost na siRNA koja je pokupljena na terapiji klipa: jasno je da Zamjena samo jednog nukleotida u siRNA dovodi do značajnog smanjenja interferencije efekta.

Ovdje možete opet pogađati - otkrivena je siRNA samo među roslinovima, bez kičme i jednoklinastim; Iako homolozi proteina za interferenciju RNK (Dicer, RISC-kompleks) nisu otkriveni kod živih životinja, siRNA nisu otkrivene sličnim metodama. Šta kažete na dobar dan, ako pojedinačno uveden sintetički analozi siRNA izazvali su snažan specifični učinak ovisan o dozi u ćelijskim kulturama! To je značilo da u ćelijama kičme, RNK interferencija nije zamijenjena složenim imunim sistemima, već je evoluirala istovremeno sa organizmima, pretvarajući se u sadašnjost „zaglavljena“. Dakle, Sovjeti su trebali pronaći ne baš analoge siRNA, već evolucijske napadače.

Graveti br. 2 - mikroRNA

Efektivno, na osnovu evolucionog razvoja dugogodišnjeg mehanizma interferencije RNK kod većine nevinih organizama, pojavila su se dva specijalizovana sistema za kontrolu robotskih gena, koji koriste kožu svoje grupe malih RNK. mikroRNA(mikroRNA) to piRNA(piRNA, Piwi-interacting RNA). Oba sistema su se pojavila u spužvama i spužvama koje žive u crijevima i evoluirala istovremeno s njima, uvodeći siRNA i mehanizam interferencije gole RNK. Njihova uloga u imunološkom sistemu je sve manja, a tu funkciju preuzeli su najnapredniji mehanizmi ćelijskog imuniteta, kao što su zokrema i interferonski sistem. Međutim, ovaj sistem je osjetljiv i reaguje na samu siRNA: pojava malih spinalnih RNA u tkivu pokreće „signal za uzbunu“ (aktivira lučenje interferona i pokreće ekspresiju interferonstalnih gena, što blokira sve procese translacije potpuno). U vezi s tim, mehanizam interferencije RNK u živim bićima posreduje uglavnom mikroRNA i piRNA - jednovezne molekule sa specifičnom strukturom koja se ne pojavljuje u interferonskom sistemu.

U svijetu mikroRNA i piRNA kompleksnih genoma, one sve više igraju ulogu u regulaciji transkripcije i translacije. Smrad se tokom vremena transformisao u dodatni, precizni sistem regulacije genoma. Pored siRNA, mikroRNA i piRNA (otkrivene 2001. godine, div. insert 3) ne nastaju iz stranih RNA molekula, već su primarno kodirane u genomu organizma domaćina.

Sažeto: mikroRNA

Prekursor mikroRNA se transkribuje sa obe strane genomske DNK pomoću RNA polimeraze II, što rezultira srednjim oblikom - mikroRNK - koji nosi karaktere primarne mRNK - m7 G-cap i poliA-rep. Na ovom prednjem dijelu formira se petlja sa dva jednokraka “repa” i nizom nesparenih nukleotida u centru (slika 3). Takva petlja je podvrgnuta dvostepenoj obradi (slika 4): endonukleaza Drosha seče ukosnicu jednostrukog „repa“ RNK, nakon čega se ukosnica (pre-mikroRNA) izvozi u citoplazmu, gdje se se prepoznaje dva puta, vrijednosti boje na slici 3). U ovom slučaju, čini se da je mikroRNA, slična siRNA, dio RISC kompleksa.

Malyunok 3. Struktura molekula prekursora mikroRNA. Glavne karakteristike: prisustvo konzervativnih sekvenci koje formiraju ukosnicu; prisustvo komplementarne kopije (mikroRNA*) sa dva „dijeljena“ nukleotida na 3′ kraju; specifična sekvenca (2-8 bp) koja formira mjesto za prepoznavanje endonukleaza. Sama mikroRNA je prikazana tamno plavom bojom – ona je također Dicer.

Mehanizam djelovanja bogatih mikroRNA sličan je onom kod siRNA: kratka (21-25 nukleotida) jednolančana RNK u proteinskom kompleksu RISC sa visokom specifičnošću se vezuje za komplementarni dio u 3'-netranslatiranom području ciljne mRNA. Vezivanje dovodi do cijepanja Ago mRNA od strane proteina. Međutim, aktivnost mikroRNA (usklađenih sa siRNA) je već više diferencirana - budući da komplementarnost nije apsolutna, cijela mRNA možda neće biti degradirana, već obrnuto blokirana (neće biti translacije). Taj isti RISC kompleks se može vikorizirati pojedinačno uveden siRNA. Ovo objašnjava zašto je siRNA, razvijena po analogiji sa protozoama, aktivna i kod ljudi.

Tako možemo upotpuniti ilustraciju mehanizma interferencije RNK u većim (bilateralno simetričnim) organizmima kombinovanjem na jednoj bebi šeme mikroRNA i biotehnološki uvedene siRNA (slika 5).

Slika 5. Okvirni dijagram dvije pojedinačne mikroRNA i siRNA(komad siRNA se unose u ćeliju uz pomoć specijalizovanih plazmida - ciljanje vektora siRNA).

Funkcije mikroRNA

Fiziološke funkcije mikroRNA su čak različite - one djeluju kao glavni neproteinski regulatori ontogeneze. MikroRNA ne ometaju, već dopunjuju „klasičnu“ šemu regulacije gena (induktori, supresori, zbijanje hromatina, itd.). Osim toga, sama sinteza mikroRNA je složeno regulirana (skupine pjesama mikroRNA mogu se uključiti interferonima, interleukinom, faktorom tumorske nekroze α (FNP-α) i nizom drugih citokina). Kao rezultat toga, složenost i kohezivnost bogate strukture orkestriranja "orkestra" od hiljada gena je neodoljiva, inače se ciklus na desnoj strani neće završiti.

mikroRNK su „univerzalnije“, niže siRNA: „roditeljski“ geni ne postoje nužno, ali su 100% komplementarni – regulacija se dešava kroz česte interakcije. Danas je jedna od najtoplijih tema u molekularnoj biologiji potraga za mikroRNA, koje djeluju kao alternativni regulatori uobičajenih fizioloških procesa. Na primjer, već su opisane mikroRNA koje su uključene u regulaciju ćelijskog ciklusa i apoptoze kod biljaka, voćnih mušica i nematoda; Kod ljudi, mikroRNA regulišu imuni sistem i razvoj hematopoetskih ćelija. Razvoj tehnologija baziranih na biočipu (skrining mikro nizova) pokazao je da se u različitim fazama života ćelije, mali RNK meci uključuju i isključuju. Za biološke procese, identificirane su desetine specifičnih mikroRNA, čija se stopa ekspresije mijenja hiljadama puta u prethodnim umovima, naglašavajući prirodu ovih procesa opterećenu krivnjom.

Do nedavno se vjerovalo da će mikroRNA inhibirati – prilično često – rad gena. Međutim, nedavno je postalo jasno da se aktivnost mikroRNA može radikalno promijeniti u odnosu na ljudske stanice! U ćeliji, mikroRNA koja se aktivno dijeli, vezujući se za komplementarnu sekvencu u 3'-dilataciji mRNA, inhibira sintezu (translaciju) proteina. Međutim, kada se smirite ili ste pod stresom (na primjer, kada odrastate na lošoj ishrani), upravo ova ideja može dovesti do direktnog efekta – povećane sinteze cjelovitih proteina!

Evolucija mikroRNA

Broj vrsta mikroRNA u drugim organizmima još nije u potpunosti utvrđen – prema trenutnim podacima, on premašuje 1% od broja gena koji kodiraju proteine (kod ljudi, na primjer, riječ je o 700 mikroRNA, a ovaj broj je konstantno raste). mikroRNA reguliraju aktivnost oko 30% svih gena (ciljevi za mnoge od njih još uvijek nisu poznati), a čini se da postoje i široko rasprostranjeni i tkivno specifični molekuli - na primjer, jedan tako važan skup mikroRNA regulira sazrijevanje Stovburovih krvnih zrnaca.

Širok profil ekspresije u različitim tkivima različitih organizama i biološka širina mikroRNA govore o dugotrajnoj evolucijskoj vezi. MikroRNA su prvi put otkrivene u nematodama, a dugo se vjerovalo da su ti molekuli manje zastupljeni u spužvama i spužvama koje prazne crijeva; kasnije su otkrivene u jednoklimatskim algama. Važno je da se u složenim organizmima povećava i veličina i heterogenost skupa mikroRNA. Važno je napomenuti da je kompleksnost ovih organizama osigurana funkcioniranjem mikroRNA. Moguća evolucija mikroRNA prikazana je kod bebe 6.

Beba 6. Rast mikroRNA u različitim organizmima. Kako je tijelo organizirano, mikroRNA (broj u rukama) je vidljivija. Chervonym je vidio vidi, u kojem je otkriveno single mikroRNA.

Jasna evolucijska veza može se povući između siRNA i mikroRNA na osnovu sljedećih činjenica:

Oba tipa su zamenljiva i posredovana homolognim proteinima;
siRNA, uvedena u populaciju pacijenata, posebno „utišava“ esencijalne gene (zbog aktivacije imuniteta na interferon);
mikroRNA su otkrivene u drevnijim organizmima.

Ovi i drugi podaci nam omogućavaju da pretpostavimo sličnosti između oba sistema i njihovog pretka. To takođe znači da „RNA“ imunitet, kao nezavisni prekursor proteinskih antitela, potvrđuje teoriju o nastanku prvih oblika života na bazi RNK, a ne proteina (pogađate, ovo je omiljena teorija akademika Ike A. S. Spirine ).

Dokle god idemo, gubimo se. Graveti br. 3 - piRNA

Do sada su u areni molekularne biologije postojala samo dva “legitimna” – siRNA i mikroRNA – glavni “značaj” interferencije RNK činio se sasvim razumnim. Učinkovito: skup homolognih kratkih RNK i proteina u različitim organizmima vrši slične radnje; Važno je napomenuti da složenost organizama povećava složenost i funkcionalnost.

Međutim, tokom procesa evolucije, priroda je stvorila drugi, evolutivni i visoko specijalizovani sistem zasnovan na istom starom principu interferencije RNK. Idi na piRNA Piwi-interakcija RNA).

Što je složenija organizacija genoma, to je veći broj izgovora i dodataka tijelu (ili možda ne? ;-). Međutim, povećana složenost genoma ima i obrnuti efekat: sklopivi genetski sistem blijedi nestabilno. To dovodi do potrebe za mehanizmima koji podržavaju integritet genoma - inače, prolaznije "miješanje" DNK jednostavno nije u redu. Mobilni genetski elementi ( MGE) - jedan od glavnih faktora nestabilnosti genoma - kratki su nestabilni dijelovi koji se mogu autonomno transkribovati i migrirati kroz genom. Aktivacija takvih mobilnih elemenata dovodi do višestrukih lomova DNK u hromozomima, što prijeti smrtonosnim posljedicama.

Broj MGE raste nelinearno s veličinom genoma, a njihova aktivnost mora biti pojednostavljena. Za ovo stvorenje, koje je već počelo da prazni svoja creva, otkrićemo sam fenomen interferencije RNK. Ovu funkciju također određuju kratke RNK, ne one o kojima je već bilo riječi, ali treći tip je piRNA.

"Portret" piRNA

Funkcije piRNA

Glavna funkcija piRNA je da potisne aktivnost MGE na nivou transkripcije i translacije. Važno je da su piRNA aktivne samo tokom embriogeneze, ako je nepreneseno miješanje genoma posebno opasno i može dovesti do smrti embrija. Logično je – ako imuni sistem još nije reagovao, ćelijama embriona će biti potrebna neka jednostavna, ili čak opasna zaštita. Zbog vanjskih patogena, embrion se lako krade od strane placente (ili opne jajeta). Osim toga, postoji potreba za odbranom od endogenih (internih) virusa – ispred MGE.

Ova uloga piRNA je u potpunosti potvrđena - "nokaut" ili mutacije gena Ago3, Piwi ili Aub dovode do ozbiljnog poremećaja razvoja (i naglog povećanja broja mutacija u genomu takvog organizma), a također uzrokuju sterilnost za razvoj hunoka uništila je razvoj državnih klitina.

Proširena evolucija piRNA

Prve piRNA su već otkrivene u morskim anemonama i spužvama. Roslins je, možda, otišao u drugom smjeru - Piwi proteini nisu otkriveni u njima, a uloga "njuške" za transpozone pripisuje se Ago4 endonukleazi i siRNA.

Kod drugih stvorenja – uključujući ljude – piRNA sistem je veoma dobro razvijen, ali se može pojaviti samo u embrionalnim ćelijama i u koloploidnom endotelu. Zašto distribucija piRNA u tijelu biljke ostaje da se otkrije. Može se pretpostaviti da, bez obzira koliko je teška bolest, piRNA proizvodi koru kod teleta u vrlo specifičnim umovima (u toku razvoja fetusa), a u odraslom organizmu njena aktivnost će biti štetnija, niža kora. Prote, broj piRNA značajno nadmašuje broj proizvedenih proteina - a nespecifične efekte piRNA u zrelim stanicama je teško prenijeti.

Tabela 1. Snaga sve tri klase kratkih RNK

	siRNA	mikroRNA	piRNA
Roseeveryday	Roslini, Drosophila, C. elegans. Ne nalazi se u kičmi	Eukarioti	Fetalne ćelije životinja (počevši od crijevnih praznih). Ne nalazi se u najjednostavnijim biljkama
Dovzhina	21-22 nukleotida	19-25 nukleotida	24–30 nukleotida
Struktura	Dvolantsjužkova, 19 komplementarnih nukleotida i dva nesparena nukleotida na 3′ kraju	Odnolansyuzhkov sklopiva struktura	Odnolansyuzhkova sklopiva struktura. U na 5′-krajevima, 2′- O-metilacija 3′-kraj
Obrada	Dicer-fallow	Dicer-fallow	Dicer-independent
Endonukleaze	Ago2	Ago1, Ago2	Ago3, Piwi, Aub
Aktivnost	Degradacija komplementarnih mRNA, acetilacija genomske DNK	Degradacija ili inhibicija translacije cijele mRNA	Degradacija mRNA koja kodira MGE, regulacija transkripcije MGE
Biološka uloga	Antivirusna imunološka zaštita, supresija aktivnosti gena za kosu	Regulacija aktivnosti gena	Supresija aktivnosti MGE tokom embriogeneze

Visnovok

Na kraju, želeo bih da napravim tabelu koja ilustruje evoluciju proteinskog aparata u RNK interferenciji (slika 9). Vidi se da je kod najjednostavnijih organizama sistem siRNA (porodice proteina Ago, Dicer) najrazvijeniji, a kod složenih organizama naglasak se pomera na specijalizovanije sisteme – broj izoformi proteina za nas povećava miRNA (Drosha, Pasha) i piRNA (Piwi, Hen1). U ovom slučaju se mijenja raznolikost enzima koji posreduju u djelovanju siRNA.

Malyunok 9. Raznolikost proteina povezanih sa RNA interferencijom(Brojke označavaju broj proteina u grupi kože). Plava boja istaknuti elementi karakteristični za siRNA i mikroRNA, i chervonym- proteina і povezana sa piRNA.

Fenomen RNA interferencije su počeli da otkrivaju najjednostavniji organizmi. Na osnovu ovog mehanizma priroda je stvorila prototip imunog sistema, a kod složenih organizama interferencija RNK postaje neizostavni regulator aktivnosti genoma. Dva različita mehanizma plus tri tipa kratkih RNK ( div. tab. 1) – kao rezultat toga, postoje hiljade finih regulatora različitih metaboličkih i genetskih puteva. Ova slika ilustruje univerzalnost i evolucionu adaptaciju molekularnih bioloških sistema. Kratka RNK još jednom dokazuje da u sredini ćelije nema "fragmenta" - osim frakcijskih molekula, čija se cijela uloga tek počinje shvaćati.

(Istina je, tako je fantastična svestranost reći da je evolucija „slijepa“ i da postoji bez unaprijed potvrđenog „master plana“;

Andrew Grimson, Mansi Srivastava, Bryony Fahey, Ben J. Woodcroft, H. Rosaria Chiang, et. al.. (2008). Glavno porijeklo i evolucija mikroRNK i RNK u interakciji s Piwi kod životinja. Priroda. 455 , 1193-1197;

A. A. Aravin, G. J. Hannon, J. Brennecke. (2007). Piwi-piRNA Pathway će pružiti adaptivnu odbranu u Transposon trci u naoružanju. Nauka. 318 , 761-764;

Metafora koja je u osnovi naziva fenomena RNA interferencije seže do petunije, ako se u biljku unesu geni za sintetazu erizipela i ljubičasti pigmenti, intenzitet infestacije se ne povećava, a samo tako se mijenjaju. to. Slično, u "primarnoj" interferenci, superpozicija dvije vilice može dovesti do međusobnog "gašenja".

U živahnom Klitini Potík izhormatsky, jezgro il citoplazme nije uvelo, zaštitnik rozemskog yogo "grljenja" je rosshifruvannya borced ilomatin - vistina Titanic zadatak. Jedan od najvažnijih napredaka u biologiji prošlog stoljeća je uvođenje molekula informacijske (ili šablonske) RNK (mRNA ili mRNA), koji su posrednici, koji prenose informacijske „poruke“ iz jezgara (iz hromozoma) u citoplazma. Prvobitna uloga RNK u sintezi proteina prenesena je u 1939. od robota Torbjörna Casperssona, Jeana Bracheta i Jacka Schultza, a 1971. godine na Georgea Marbasa od žaba koje su je proizvele. ktsíyu prvi Vidljivi zečji glasnik RNK kodira ovaj protein.

Godine 1956-57, u Uniji Radyansky, A. N. Bilozersky i A. S. Spirin odmah su oživjeli mRNA, a također su shvatili da glavna masa RNK kod ljudi nije šablonska, već ribosomalna RNK (rRNA). Ribosomalna RNK – još jedan tip ćelijske RNK „glave“ – stvara „kostur“ i funkcionalni centar ribozoma u svim organizmima; rRNA sama (a ne proteini) reguliše glavne faze sinteze proteina. Istovremeno je opisan i razvijen i treći tip RNK „glave“ – transferna RNK (tRNA), koja u kompleksu sa druge dvije – mRNA i rRNA – tvori jedan kompleks za sintezu proteina. Moguće je pratiti popularnu hipotezu o "RNA svjetlosti", sama nukleinska kiselina je ležala kroz tokove života na Zemlji.

Zbog činjenice da je RNK značajno hidrofilnija u skladu s DNK (zamjenom deoksiriboze ribozom), ona je labilnija i može se slobodno kretati u tijelu, te stoga isporučuje kratkotrajne replike genetske informacije (mRNA) do mjesto gdje počinje sinteza proteina. Međutim, to je također povezano s "nemanipulacijom" - RNK više nije stabilna. Ima dosta sadržaja, nižeg DNK, koji je sačuvan (u sredini ćelije) i degradiran usled najmanjih promena (temperatura, pH). Pored „snažne“ nestabilnosti, veliki doprinos imaju ribonukleaze (ili RNaze) – klasa enzima koji razgrađuju RNK, koji su veoma stabilni i „sveprisutni“ – u rukama eksperimentatora postoji dovoljan broj ovih enzima da ponovo prođu cijeli eksperiment. Preradom od RNK, koja je složenija, od proteina i DNK, ostaci mogu spasiti stotine hiljada gubitaka praktično bez oštećenja.

Fantastična tačnost pri radu, tridestilat, sterilne rukavice, jednokratno laboratorijsko stakleno posuđe - sve je to neophodno da bi se sprečila degradacija RNK, a takve standarde nikada nije bilo moguće održati. Zato dugo vremena kratki „trikovi“ RNK, koji su neminovno doveli do sukoba, jednostavno nisu izazivali poštovanje. Međutim, tokom godina je postalo jasno da su se, bez obzira na sve napore da se održi sterilnost radnog prostora, „trikovi“ prirodno i dalje pojavljivali, a onda je postalo jasno da su hiljade kratkih prirubnica uvek bile prisutne u citoplazmi južne RNK. , koji je odgovoran za funkcije pjesme, a apsolutno je neophodan za normalan razvoj ćelija i organizma.

Princip interferencije RNK

Danas je proučavanje malih regulatornih RNK jedno od najbrže rastućih područja molekularne biologije. Otkriveno je da sve kratke RNK svoje funkcije izvode iz fenomena koji se zove RNA interferencija (čija suština fenomena leži u potisnutoj ekspresiji gena u fazi transkripcije ili translacije kroz učešće malih molekula RNK). Mehanizam interferencije RNK shematski je prikazan na slici 1:

Mala 1. Osnove RNA interferencije
Dvocifreni RNA molekuli (dsRNA) nisu tipični za normalne ćelije, ali su suštinski deo životnog ciklusa mnogih virusa. Poseban Dicer protein je otkriven u dsRNA stanicama, rijetko u malim fragmentima. Antimikrobni fragment takvog fragmenta, koji se može nazvati i kratka RNK koja interferira (siRNA, također poznata kao siRNA - mala interferentna RNA), povezan je s kompleksom proteina koji se naziva RISC (RNA-induced sincing complex), centralnim elementom od kojih je endonukleaza iz porodice Argo naute. Vezivanje sa siRNA aktivira RISC i pokreće potragu za DNK i RNA molekulima u ćeliji, komplementarnim "šablonu" siRNA. Udio takvih molekula je smanjen ili inaktiviran RISC kompleksom.

Nakon toga, kratki "isječci" strane (uključujući i one spontano uvedene) dvolančane RNK služe kao "predložak" za opsežnu pretragu i iscrpljivanje komplementarnih mRNA (i time ekvivalentno potisnutu ekspresiju gena za štitnjaču), - štoviše, ne samo u jednoj i ne samo u istoj porodici. Za mnoge organizme - protozoe, mekušce, školjke, komice, biljke - ovaj fenomen je jedan od glavnih načina imunološke odbrane od infekcije.

Godine 2006. Andrew Fire i Craig Mello dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu “Za njihovo otkriće RNA interferencije – mehanizma utišavanja gena koji uključuje dsRNA”. Iako je sam fenomen interferencije RNK bio opisan mnogo prije (još ranih 1980-ih), rad Fire i Melloa sam identificirao je regulatorni mehanizam malih RNK i označio do sada nepoznato područje molekularnog istraživanja. Glavni rezultati njihovog rada su sljedeći:

Tokom interferencije RNK, sama mRNA (i još jedna) se cijepa;
Dvolančana RNK je značajno efikasnija od jednolančane RNK. Ova dva upozorenja predviđala su stvaranje specijalizovanog sistema koji posreduje u delovanju dsRNA;
dsRNA, komplementarna zreloj mRNA, uzrokuje cijepanje preostale. To je ukazivalo na citoplazmatsku lokalizaciju procesa i prisustvo specifične endonukleaze;
Mala količina dsRNA (nekoliko molekula po ćeliji) dovoljna je za potpunu „inkorporaciju“ ciljnog gena, što ukazuje na uspostavljanje kaskadnog mehanizma katalize i/ili amplifikacije.

Ovi rezultati su postavili temelje za potpuno novo polje moderne molekularne biologije - RNA interferenciju - i odredili vektor robotskog istraživanja ljudskih istraživačkih grupa širom svijeta više od deset godina. Identificirane su tri velike grupe malih RNK koje igraju na molekularnom polju za "komandu interferencije RNK". Upoznajmo ih detaljnije.

Graveti br. 1 – kratka interferirajuća RNK

Specifičnost RNA interferencije određena je kratkim interferirajućim RNK (siRNA) - malim dvolančanim RNA molekulima sa jasno definisanom strukturom (div. Slika 2).

siRNA su evolucijski najranije i najšire kod biljaka, jednoćelijskih i beskičmenih organizama. Kod kičmenih životinja siRNA praktički nije otkrivena u normi, jer su njima dominirali kasniji “modeli” kratkih RNK (div. dalje).

siRNA – “šabloni” za pretraživanje u citoplazmi i iscrpljivanje mRNA molekula – sadrže otprilike 20-25 nukleotida i “posebnu napomenu”: 2 nesparena nukleotida na 3'-krajevima i fosforilirani 5'-kraj. Anti-sense siRNA se stvara (ne sama, u početku, već iza dodatnog RISC kompleksa) da prepozna mRNA i posebno izazove njenu degradaciju: rez ciljne mRNA se uvijek stvara tačno na mjestu komplementarnom 10 i 11 nukleotidu antisense lance siRNA.

Mala 2. Mehanizam “interferencije” između mRNA i siRNA
„Interferirajući“ kratki RNA molekuli mogu se ili apsorbirati u ćeliju ili se „prikačiti“ za mjesto postojećih dvostrukih RNA. Glavni protein neophodan za "naraciju" dsRNA je Dicer endonukleaza. “Povezivanje” gena iza mehanizma interferencije uključuje siRNA zajedno sa RISC proteinskim kompleksom, koji se sastoji od tri proteina – endonukleaze Ago2 i dva dodatna proteina PACT i TRBP. Kasnije je otkriveno da Dicer i RISC kompleksi mogu djelovati kao "prajmer" ne samo na dsRNA, već i na jednolančanu RNK, koja formira dvolančanu ukosnicu, kao i na gotovu siRNA (bez "primiranja" fazi i neposredno povezan sa RISC).

Funkcije siRNA u ćelijama bez kralježnice uvelike variraju. Prvo i najvažnije je zaštita imuniteta. „Tradicionalni“ imuni sistem (limfociti + leukociti + makrofagi) nedostaje složenim organizmima bogatim ćelijama. Kod jednoćelijskih, beskičmenih i rastućih biljaka (kod kojih takav sistem ili ne postoji ili je prisutan u embrionalnoj fazi), imunološka zaštita će se zasnivati na interferenciji RNK. Imunitet, zasnovan na interferenciji RNK, ne zahteva savijanje organa „treninga“ imunih ćelija (slezena, timus); Istovremeno, raznolikost teoretski mogućih kratkih RNA sekvenci (421 varijanta) je u skladu sa brojem mogućih antitela u proteinskoj hrani. Osim toga, siRNA se sintetiziraju na bazi RNK “ratnika” inficirane stanice, što znači da se, kada se zamjene antitijelima, odmah “kroje” za specifičnu vrstu infekcije. I iako ćelija ne pruža zaštitu zasnovanu na RNA interferenciji (takvih podataka još nema), unutrašnji imunitet ćelije će biti sigurniji.

Prije svega, siRNA stvara antivirusni imunitet razumijevanjem mRNA ili genomske RNK infektivnih organizama (na primjer, siRNA je otkrivena u biljkama). Uvođenje virusne RNK pokreće dalje amplifikaciju specifičnih siRNA baziranih na molekulu prajmera – same virusne RNK. Osim toga, siRNA potiskuju ekspresiju različitih mobilnih genetskih elemenata (MGE), a također će pružiti zaštitu od endogenih "infekcija". Mutacije u genima RISC kompleksa često dovode do nestabilnosti genoma kroz visoku MGE aktivnost; siRNA može ometati ekspresiju moćnih gena, što rezultira njihovom prekomjernom ekspresijom. Regulacija genske aktivnosti može se desiti i na nivou translacije i tokom transkripcije – metilacijom gena na histonu H3.

U trenutnoj eksperimentalnoj biologiji važno je ponovo procijeniti značaj RNK interferencije i kratkih RNK. Razvijena je tehnologija "utjecanja" (ili rušenja) nekoliko gena in vitro (na ćelijske kulture) i in vivo (na embrije), što je već postalo de facto standard za bilo koji gen. Ponekad, da bi se utvrdila uloga određenih gena u bilo kom procesu, kroz svaki proces se provodi sistematski „viktimizacija“ svih gena.

Mogućnost stagnacije siRNA odgađaju farmaceuti, jer postojanje direktne regulacije rada susjednih gena znači da nema izgleda za liječenje mase bolesti. Mala veličina i visoka specifičnost djelovanja znače visoku efikasnost i nisku toksičnost lijekova na bazi siRNA; Međutim, problem isporuke siRNA bolesnim stanicama u tijelu još nije riješen - to je zbog krhkosti i nezadovoljavajuće prirode ovih molekula. I iako desetine timova pokušavaju da pronađu način da ove „šarmantne hladnoće“ usmere tačno na metu (među bolesnim organima), vidljiv uspeh još nije postignut. Oko toga postoje i druge sklopive strukture. Na primjer, u nekoj antivirusnoj terapiji, visoka živost siRNA može se dati "slugi" - fragmenti virusa brzo mutiraju, promjenjivi sojevi čak brzo gube osjetljivost na siRNA koja je pokupljena na terapiji klipa: jasno je da Zamjena samo jednog nukleotida u siRNA dovodi do značajnog smanjenja interferencije efekta.

U ovom slučaju, možemo još jednom nagađati - siRNA je otkrivena uglavnom u biljkama, bez kičmenih i jednoćelijskih; Iako homolozi proteina za interferenciju RNK (Dicer, RISC-kompleks) nisu otkriveni kod živih životinja, siRNA nisu otkrivene sličnim metodama. Kakvo je zdravlje bilo ako su pojedinačni sintetički analozi siRNA proizveli snažan specifični učinak ovisan o dozi u kulturama ljudskih stanica! To je značilo da u ćelijama kičme, RNK interferencija nije zamijenjena složenim imunim sistemima, već je evoluirala istovremeno sa organizmima, pretvarajući se u sadašnjost „zaglavljena“. Dakle, Sovjeti su trebali pronaći ne baš analoge siRNA, već evolucijske napadače.

Graveti br. 2 – mikroRNA

Zapravo, kao rezultat evolucijskog razvoja drevnog mehanizma interferencije RNK u najnevinijim organizmima, pojavila su se dva specijalizovana sistema za kontrolu rada gena, koja su koristila sopstvenu grupu malih RNK - mikroRNA (mikroRNA) i piRNA (piRNA). , Piwi-interagirajuća RNA). Oba sistema su se pojavila u spužvama i spužvama koje žive u crijevima i evoluirala istovremeno s njima, uvodeći siRNA i mehanizam interferencije gole RNK. Njegova uloga u imunološkom sistemu je sve manja, jer su ovu funkciju preuzeli najnapredniji mehanizmi ćelijskog imunog sistema, kao što su hormoni i interferonski sistem. Međutim, ovaj sistem je osjetljiv i reaguje na samu siRNA: pojava malih spinalnih RNA u tkivu pokreće „signal za uzbunu“ (aktivira lučenje interferona i pokreće ekspresiju interferonstalnih gena, što blokira sve procese translacije potpuno). U vezi s tim, mehanizam interferencije RNK u živim bićima posreduje uglavnom mikroRNA i piRNA - jednovezne molekule sa specifičnom strukturom koja se ne pojavljuje u interferonskom sistemu.

U svijetu mikroRNA i piRNA kompleksnih genoma, one sve više igraju ulogu u regulaciji transkripcije i translacije. Smrad se tokom vremena transformisao u dodatni, precizni sistem regulacije genoma. Pored siRNA, mikroRNA i piRNA (otkrivene 2001. roci, div. slika 3, A-B) ne nastaju iz stranih RNA molekula, već su primarno kodirane u genomu organizma domaćina.

Prekursor mikroRNA se transkribuje sa obe strane genomske DNK pomoću RNA polimeraze II, što rezultira srednjim oblikom - mikroRNK - bez karaktera primarne mRNA - m7G-kapa i poliA-repa. Na ovom prednjem dijelu formira se petlja sa dva jednokraka “repa” i nizom nesparenih nukleotida u centru (slika 3A). Takva petlja podliježe dvostepenoj obradi (slika B): endonukleaza Drosha seče ukosnicu jednostrukog „repa“ RNK, nakon čega se ukosnica (pre-mikroRNA) izvozi u citoplazmu, gdje se se apsorbira cer'om, u , vrijednostima boja (slika 3A). U ovom slučaju, čini se da je mikroRNA, slična siRNA, dio RISC kompleksa.

Mehanizam djelovanja bogatih mikroRNA sličan je onom siRNA: kratka (21-25 nukleotida) jednolančana RNA u proteinskom kompleksu RISC se sa visokom specifičnošću vezuje za komplementarni dio u 3'-netranslatiranom području ciljne mRNA . Vezivanje dovodi do cijepanja Ago mRNA od strane proteina. Međutim, aktivnost mikroRNA (usklađene sa siRNA) je već više diferencirana - budući da komplementarnost nije apsolutna, ciljna mRNA možda neće biti degradirana, već obrnuto blokirana (neće biti translacije). Taj isti RISC kompleks može se vikorizirati i siRNA uvesti pojedinačno. Ovo objašnjava zašto je siRNA, razvijena po analogiji sa protozoama, aktivna i kod ljudi.

Tako možemo dopuniti ilustraciju mehanizma interferencije RNK u većim (bilateralno simetričnim) organizmima korištenjem šeme mikroRNA i biotehnološki uvedene siRNA u jednoj bebi (slika 3B).

Mala 3A: Struktura molekula prekursora mikroRNA
Glavne karakteristike: prisustvo konzervativnih sekvenci koje formiraju ukosnicu; prisustvo komplementarne kopije (mikroRNA*) sa dva „dijeljena“ nukleotida na 3' kraju; specifična sekvenca (2-8 bp) koja formira mjesto za prepoznavanje endonukleaza. Sama mikroRNA je prikazana crvenom bojom – sama je Dicer.

Mala 3B: Osnovni mehanizam obrade i aktivnosti mikroRNA

Mala 3B: Šema dvije pojedinačne mikroRNA i siRNA je finalizirana
Pojedinačne siRNA se unose u ćeliju uz pomoć specijaliziranih plazmida (ciljajući siRNA vektor).

Funkcije mikroRNA

Fiziološke funkcije mikroRNA su čak različite – one su glavni neproteinski regulatori ontogeneze. MikroRNA ne ometaju, već dopunjuju „klasičnu“ šemu regulacije gena (induktori, supresori, zbijanje hromatina, itd.). Osim toga, sama sinteza mikroRNA je složeno regulirana (skupine pjesama mikroRNA mogu se uključiti interferonima, interleukinom, faktorom tumorske nekroze α (FNP-α) i nizom drugih citokina). Kao rezultat toga, složenost i kohezivnost bogate strukture orkestriranja "orkestra" od hiljada gena je neodoljiva, inače se ciklus na desnoj strani neće završiti.

“univerzalne” mikroRNA, niže siRNK: “prilagodljivi” geni nisu nužno 100% komplementarni – regulacija se događa čestim interakcijama. Danas je jedna od najtoplijih tema u molekularnoj biologiji potraga za mikroRNA, koje su alternativni regulatori uobičajenih fizioloških procesa. Na primjer, već su opisane mikroRNA koje su uključene u regulaciju ćelijskog ciklusa i apoptoze kod biljaka, voćnih mušica i nematoda; Kod ljudi, mikroRNA regulišu imuni sistem i razvoj hematopoetskih ćelija. Razvoj tehnologija baziranih na biočipu (skrining mikro nizova) pokazao je da se u različitim fazama života ćelije, mali RNK meci uključuju i isključuju. Za biološke procese, identificirane su desetine specifičnih mikroRNA, čija se stopa ekspresije mijenja hiljadama puta u prethodnim umovima, naglašavajući prirodu ovih procesa opterećenu krivnjom.

Do nedavno se vjerovalo da mikroRNA ne ometaju – često – rad gena. Međutim, nedavno je postalo jasno da se aktivnost mikroRNA može radikalno promijeniti u odnosu na ljudske stanice! U ćeliji, mikroRNA koja se aktivno dijeli, vezujući se za komplementarnu sekvencu u 3'-dilataciji mRNA, inhibira sintezu (translaciju) proteina. Međutim, kada se smirite ili ste pod stresom (na primjer, kada odrastate na lošoj ishrani), upravo ova ideja može dovesti do direktnog efekta – povećane sinteze cjelovitih proteina!

Evolucija mikroRNA

Mala 4. Raznovrsnost mikroRNA u različitim organizmima
Kako je tijelo organizirano, mikroRNA (broj u rukama) je vidljivija. Chervonym je vidio vrste u kojima su otkrivene pojedinačne mikroRNA. Za novac.

Jasna evolucijska veza može se povući između siRNA i mikroRNA na osnovu sljedećih činjenica:

Oba tipa su zamenljiva i posredovana homolognim proteinima;
siRNA, uvedena u populaciju pacijenata, posebno „utišava“ esencijalne gene (zbog aktivacije imuniteta na interferon);
mikroRNA su otkrivene u drevnijim organizmima.

Međutim, tokom procesa evolucije, priroda je stvorila drugi, evolutivni i visoko specijalizovani sistem zasnovan na istom starom principu interferencije RNK. Postoji piRNA (piRNA, ili Piwi-interakciona RNA).

Što je složenija organizacija genoma, to je veći broj izgovora i dodataka tijelu (ili možda ne? ;-). Međutim, povećana složenost genoma dolazi sa lošom stranom: složeni genetski sistem postaje nestabilan. Ovo stvara potrebu za mehanizmima koji podržavaju integritet genoma - inače, prolazno "miješanje" DNK jednostavno nestane. Mobilni genetski elementi (MGE) su jedan od glavnih faktora nestabilnosti genoma - to su kratke nestabilne jedinice koje se mogu autonomno transkribovati i migrirati iza genoma. Aktivacija takvih mobilnih elemenata dovodi do višestrukih lomova DNK u hromozomima, što prijeti smrtonosnim posljedicama.

"Portret" piRNA

piRNA su kratke molekule od 24-30 nukleotida, kodirane u centrifugalnim i telomskim regijama hromozoma. Sekvence mnogih od njih komplementarne su poznatim mobilnim genetskim elementima i zaštićene su od drugih piRNA koje stupaju u interakciju s dijelovima radnih gena ili fragmentima genoma, čije funkcije su nepoznate.

piRNA (kao i mikroRNA) su kodirane u oba dijela genomske DNK; smrad je veoma intenzivan i raznolik (do 500.000 (!) vrsta u jednom organizmu). Kao rezultat siRNA i mikroRNA, stvara ih jedna molekula sa karakterističnom osobinom - uracil (U) na 5'-kraju i metilirani 3'-kraj. I ostale obaveze:

Pored siRNA i mikroRNA, oni ne ometaju obradu Dicer-a;
piRNA geni su aktivni samo u embrionalnim stanicama (tokom embriogeneze) iu višku endotelnih stanica;
Skladište proteina piRNA sistema je različito - endonukleaze klase Piwi (Piwi i Aub) i sljedeće vrste Argonauta - Ago3.

Procesiranje i aktivnost piRNA je još uvijek slabo shvaćeno, ali je već jasno da se mehanizam djelovanja sve više razlikuje od drugih kratkih RNK - sada je uspostavljen ping-pong model njihovih robota (Slika 5 A, B).

Ping-pong mehanizam biogeneze piRNA

Mala 5A: Citoplazmatski dio procesiranja piRNA
Biogenezu i aktivnost piRNA posreduje porodica endonukleaza Piwi (Ago3, Aub, Piwi). Aktivnost piRNA osiguravaju oba jednolančana piRNA molekula – osjetilna i antisens – koja su povezana sa specifičnom Piwi endonukleazom. PiRNA je prepoznata kao komplementarni dio mRNA transposona (plavo lance) i identificirana je. Ovo ne samo da inaktivira transpozon, već i stvara novu piRNA (povezanu sa Ago3 kroz dodatnu metilaciju 3'-kraja pomoću Hen1 metilaze). Takva piRNA, sa svoje strane, prepoznaje mRNA iz transkripata klastera prekursora piRNA (chervona lantsug) - na taj način se ciklus zatvara i tražena piRNA ponovo vibrira.

Mala 5B: piRNA u jezgru
Aub endonukleazna krema, antisens piRNA se može vezati za Piwi endonukleazu. Jednom vezan, kompleks migrira u jezgro, uzrokujući degradaciju komplementarnih transkripata i izmijenjeni kromatin, što dovodi do supresije aktivnosti transpozona.

Funkcije piRNA

Proširena evolucija piRNA

Kod drugih stvorenja – uključujući ljude – piRNA sistem je veoma dobro razvijen, ali se može pojaviti samo u embrionalnim ćelijama i u skoploidnom endotelu. Zašto je došlo do širenja piRNA u ljudskom tijelu ostaje da se utvrdi. Može se pretpostaviti da, bez obzira koliko je teška bolest, piRNA proizvodi koru kod teleta u vrlo specifičnim umovima (u toku razvoja fetusa), a u odraslom organizmu njena aktivnost će biti štetnija, niža kora. Proteus, količina piRNA značajno nadmašuje količinu izvedenih proteina – a nespecifične efekte piRNA u zrelim ćelijama je teško prenijeti.

Tabela je kreirana. Snaga sve tri klase kratkih RNK

	siRNA	mikroRNA	piRNA
Roseeveryday	Roslini, Drosophila, C. elegans. Ne nalazi se u kičmi	Eukarioti	Fetalne ćelije životinja (počevši od crijevnih praznih). Ne nalazi se u najjednostavnijim biljkama
Dovzhina	21-22 nukleotida	19-25 nukleotida	24-30 nukleotida
Struktura	Dvolantsjužkova, 19 komplementarnih nukleotida i dva nesparena nukleotida na 3' kraju	Odnolansyuzhkov sklopiva struktura	Odnolansyuzhkova sklopiva struktura. U na 5'-kraju, 2'- O-metilacija 3'-kraj
Obrada	Dicer-fallow	Dicer-fallow	Dicer-independent
Endonukleaze	Ago2	Ago1, Ago2	Ago3, Piwi, Aub
Aktivnost	Degradacija komplementarnih mRNA, acetilacija genomske DNK	Degradacija ili inhibicija translacije cijele mRNA	Degradacija mRNA koja kodira MGE, regulacija transkripcije MGE
Biološka uloga	Antivirusna imunološka zaštita, supresija aktivnosti gena za kosu	Regulacija aktivnosti gena	Supresija aktivnosti MGE tokom embriogeneze

Visnovok

Na kraju, želeo bih da napravim tabelu koja ilustruje evoluciju proteinskog aparata povezanog sa RNA interferencijom (slika 6). Vidi se da je kod najjednostavnijih organizama sistem siRNA (porodice proteina Ago, Dicer) najrazvijeniji, a kod složenih organizama naglasak se pomera na specijalizovanije sisteme – broj izoformi proteina za nas povećava miRNA (Drosha, Pasha) i piRNA (Piwi, Hen1). U ovom slučaju se mijenja raznolikost enzima koji posreduju u djelovanju siRNA.

Mala 6. Distribucija proteina povezanih sa RNA interferencijom і
Brojevi označavaju broj proteina u grupi kože. Plava boja ističe elemente karakteristične za siRNA i mikroRNA, a crvena označava proteine povezane s piRNA. Za novac.

Fenomen RNA interferencije su počeli da otkrivaju najjednostavniji organizmi. Na osnovu ovog mehanizma priroda je stvorila prototip imunog sistema, a kod složenih organizama interferencija RNK postaje neizostavni regulator aktivnosti genoma. Dva različita mehanizma plus tri tipa kratkih RNK (vidi tabelu ispod) - rezultat je mnogo hiljada finih regulatora različitih metaboličkih i genetskih puteva. Ova slika ilustruje univerzalnost i evolucionu adaptaciju molekularnih bioloških sistema. Kratka RNK još jednom dokazuje da u sredini ćelije ne postoji „fragment“ – osim frakcijskih molekula, počinje da se shvata puna uloga ovih molekula.

Istina je, to je tako fantastičan način da nam kažete da je evolucija "slijepih" bez unaprijed potvrđenog "master plana".

Književnost

Gurdon J. B., Lane C. D., Woodland H. R., Marbaix G. (1971). Za izolaciju sukulenata iz korijena i metode za inokulaciju glasničke RNK i njen prijenos u žive stanice. Nature 233, 177-182;
Spirin A. S. (2001). Biosinteza proteina, RNK svjetlost i životni put. Bilten Ruske akademije nauka 71, 320-328;
Elementi: “Kompletni mitohondrijski genomi izumrlih stvorenja sada se mogu izvući iz kose”;
Fire A., Xu S., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver S.E., Mello C.C. (1998). Snažna i specifična genetska interferencija dvolančane RNK u Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-311;
Biomolekula: “MikroRNA je prvi put identifikovana u jednoćelijskom organizmu”;
Covey S., Al-Kaff N., Langara A., Turner D. (1997). Biljke se bore protiv infekcije utišavanjem gena. Nature 385, 781-782;
Biomolekula: “Molekularna zloba: ljudski geni rade na virusu gripa”;
Ren B. (2010). Preneseno: Pojačivači stvaraju nekodirajuću RNK. Nature 465, 173-174;
Taganov K.D., Boldin M.P., Chang K.J., Baltimore D. (2006). NF-κB zavisna indukcija mikroRNA miR-146, inhibitora ciljanog na signalne proteine urođenih imunoloških odgovora. Proc. Natl. Akad. SCI. SAD. 103, 12481-12486;
O'Connell R. M., Rao D. S., Chaudhuri A. A., Boldin M. P., Taganov K. D., Nicoll J., Paquette R. L., Baltimore D. (2008). Utvrđeno je da mikroRNA-155 u hematopoetskim stanicama uzrokuje mijeloproliferativni poremećaj. J. Exp. Med. 205, 585-594;
Biomolekula: “mikroRNA – ono što ide u šumu daje više drva za ogrjev”;
Elementi: “Raspadanje organizma kod drevnih stvorenja bilo je povezano s pojavom novih regulatornih molekula”;
Grimson A., Srivastava M., Fahey B., Woodcroft B.J., Chiang HR, King N., Degnan B.M., Rokhsar D.S., Bartel D.P. (2008). Glavno porijeklo i evolucija mikroRNK i RNK u interakciji s Piwi kod životinja. Nature 455, 1193-1197.
Aravin A., Hannon G., Brennecke J. (2007). Piwi-piRNA Pathway će pružiti adaptivnu odbranu u Transposon trci u naoružanju. Science 318, 761-764;
Biomolekula: "

), olakšavajući prevođenje mRNA na ribosomima u protein koji ona kodira. Vjeruje se da je rezultat djelovanja malih interferirajućih RNK identičan činjenici da je ekspresija gena jednostavno smanjena.

Male interferirajuće RNK je 1999. godine otkrila grupa Davida Baulcombea u Velikoj Britaniji kao komponentu sistema post-transkripcionog utišavanja gena kod miševa. PTGS, en: utišavanje gena nakon transkripcije). Tim je objavio svoje nalaze u časopisu Science.

Dvolančane RNK mogu pokrenuti ekspresiju gena iza mehanizma koji se naziva aktivacija gena latentne RNA. RNAa, aktivacija gena izazvana malom RNA). Pokazalo se da DNK RNA, komplementarne promotorima ciljnih gena, pokreću aktivaciju gena loze. RNK-ovisna aktivacija uvođenjem sintetičke dvolančane RNK indicirana je za ljudske stanice. Nije poznato da li ćelije drugih organizama imaju sličan sistem.

Sa mogućnošću ciljanja na bilo koji gen iza biljke, interferencija RNK zasnovana na malim RNK koje interferiraju privukla je veliko interesovanje u fundamentalnoj i primijenjenoj biologiji. Broj široko zasnovanih testova zasnovanih na RNAi za identifikaciju važnih gena u biohemijskim putevima stalno raste. Neki razvoji bolesti su također povezani s djelovanjem gena, ispostavilo se da u nekim slučajevima isključivanje gena za dodatnu malu RNK koja interferira može proizvesti terapeutski učinak.

Međutim, implementacija RNA interferencije zasnovana na malim RNK koje ometaju životinje, a posebno ljude, suočava se sa mnogim poteškoćama. Eksperimenti su pokazali da efikasnost malih interferirajućih RNK varira za različite tipove ćelija: neke ćelije lako reaguju na infuziju malih interferirajućih RNK i pokazuju smanjenje ekspresije gena u, a kod drugih se to ne izbegava, bez obzira na efektivnu transfekciju. . Uzroci ove pojave su i dalje truli.

Rezultati prve faze testiranja dva prva terapijska lijeka koji djeluju putem mehanizma interferencije RNA (indicirani za liječenje makularne degeneracije), objavljeni 2005. godine, pokazuju da lijekove na bazi malih RNA, koji interferiraju, pacijenti lako podnose i imaju povoljna farmakokinetička svojstva.

Rane kliničke studije malih interferirajućih RNK koje ciljaju na virus ebole pokazuju da one mogu biti efikasne za profilaksu bolesti nakon izlaganja. Ovaj lijek je omogućio cijeloj grupi subprimata da preživi, koji su dobili smrtonosnu dozu iranskog ebolavirusa.

Članak za konkurs “bio/mol/tekst”: U budućnosti, RNK – a posebno njene “neklasične” varijante – privlači poštovanje biologa širom svijeta. Pokazalo se da je regulacija dodatne RNK, koja nije kodirana, široko rasprostranjena - od virusa i bakterija do ljudi. Proučavanje raznolikosti malih bakterijskih RNA regulatora jasno je pokazalo njihovu važnu ulogu kako u srednjem metabolizmu tako iu adaptivnim reakcijama. Ovaj članak opisuje vrste malih RNK bakterija i regulatorne mehanizme koji ih podržavaju. Poseban naglasak stavljen je na ulogu ovih molekula u vitalnosti bakterijskih agenasa koji izazivaju posebno opasne infekcije.

RNA: manje-više samo kopija DNK

U školi je većina čitalaca ovog sajta upoznata sa osnovnim mehanizmima rada živih ćelija. Na predmetima biologije, počevši od Mendelovih zakona i završavajući ultramodernim projektima od sekvenciranja genoma, ideja o velikom genetskom programu za razvoj tijela, poznatom profesionalnim biolozima, teče kao nit. centralna dogma molekularne biologije. Napominjemo da molekul DNK nosi i pohranjuje genetičke informacije preko posrednika - glasničke RNK (mRNA), preko ribosomalne RNK (rRNA) i transferne RNK (tRNA), koja se realizuje u obliku proteina. Ostalo označava vrstu i individualni fenotip.

Ovakav stav prema ulozi još jednog učesnika u molekularnoj izvedbi RNK očuvao se u naučnoj zajednici sve do 80-ih godina prošlog veka. Rad T. Cheka, koji je pokazao da RNK može biti katalizator hemijskih reakcija, bio je još zanimljiviji za otkrivanje RNK. Od ranije smo znali da je ubrzanje hemijskih procesa u ćelijama prerogativ enzima, koji su proteinske prirode. Dokazi o katalitičkoj aktivnosti u RNK nisu dalekosežni, uključujući rani teorijski rad. Na sreću, to nam je omogućilo da naslikamo moguću sliku prebiotske evolucije naše planete. S desne strane, od trenutka kada je funkcija prenošenja genetskih informacija otkrivena u DNK, dilemu oko onih koje su se tokom evolucije pojavile ranije - DNK ili proteina neophodnog za stvaranje DNK - stvorila je ista filosofska (potpuno besmislena). ), poput ishrane kokoši i jaja pojavili su se oko perja. Nakon odluke T. Čeke, došlo je do niza stvarnih pomaka - pronađen je molekul koji ima moć i kao nosilac informacija i kao biokatalizator (da ne govorimo u embrionalnom obliku). Tokom godina, ovo istraživanje se razvilo u direktan pristup biologiji, koja istražuje krivicu života kroz prizmu takozvane “RNA svjetlosti”.

Tako je postalo očigledno da je drevni svijet RNK od rođenja majke do rođenja i razvoja iskonskog života. Tim nije manji, od koga nije nimalo automatski da RNK u živim organizmima nije arhaizam, adaptacija za potrebe unutrašnjih ćelijskih molekularnih sistema, već zaista važan učesnik u molekularnom ansamblu ćelija. Čak je i razvoj molekularnih metoda – zokrema, sekvenciranje nukleinskih kiselina – pokazao da je RNK zaista bitna u tkivu, a ne samo u naizgled kanonskom triju “mRNA, rRNA, tRNA”. Već su prvi veliki podaci iz DNK sekvenciranja ukazivali na činjenicu da su se isprva pojavile najvažnije stvari nekodirajući- ne nosi informacije o proteinskim molekulima ili „standardnoj“ RNK. U početku se često može pripisati "genetskom smittyju" - "viknenim" ili fragmentima genoma koji su izgubili svoju funkciju. Čini se kontraintuitivnim uštedjeti toliko resursa za biološke sisteme koji žele ekonomično koristiti energiju.

Detaljnije i suptilnije metode istraživanja omogućile su da se identifikuje čitava klasa RNK regulatora genske ekspresije, koji često ispunjavaju međugenski prostor. Čak i prije čitanja najnovijih sekvenci eukariotskih genoma u okruglom chrobacusu C. elegans Uočene su mikroRNA - male molekule (oko 20 nukleotida), koje se mogu specifično vezati za mRNA sekcije po principu komplementarnosti. Teško je pretpostaviti da u takvim slučajevima više nije moguće pročitati informaciju o kodiranom proteinu iz mRNK: ribosom jednostavno ne može toliko da „prođe“ da je zanos postao vulkanski. Ovaj mehanizam supresije genske ekspresije RNA interferencija, već objavljeni izvještaji o “biomolekulama”. Do danas su otkrivene hiljade mikroRNA molekula i drugih nekodirajućih RNA (piRNA, snoRNA, nanoRNA, itd.). Kod eukariota (uključujući ljude), smrad se uzgaja u intergenskim područjima. Utvrđena je njihova važna uloga u diferencijaciji stanica, karcinogenezi, imunološkoj funkciji i drugim procesima i patologijama.

Mali RNA je „trojanski konj“ za bakterijske proteine

Bez obzira na to što su nekodirajući RNA proteini u bakterijama otkriveni mnogo ranije od prvih sličnih regulatora kod eukariota, njihova je uloga u metabolizmu bakterijskih stanica najvećim dijelom prikrivena od strane znanstvene zajednice. Ovo ima smisla – tradicionalno se smatralo da bakterijske ćelije imaju primitivniju i manje skrivenu strukturu za nasljednika, čije savijanje ne odgovara akumulaciji struktura u eukariotskim stanicama, tj. Dakle, u genomima bakterija, umjesto nekodirajuće informacije, postaje manje od sto hiljada stranih DNK, dostižući maksimalno 40% kod nekih mikobakterija. Gledajući te mikroRNA za koje je utvrđeno da su prisutne u virusima, u bakterijama će vjerovatno igrati važnu regulatornu ulogu.

Pokazalo se da prokariotima nedostaju mali regulatori RNK. Intelektualno, svi smradovi se mogu podijeliti u dvije grupe:

RNA molekule, koje se moraju vezati za proteine da bi izvršile svoju funkciju.
RNK koja se komplementarno vezuje za druge RNK (da formira većinu regulatornih molekula RNK).

U prvoj grupi se vide male RNK koje su povezane s proteinima, ali ne nužno. Uobičajeni primjer je RNaza P, koja djeluje kao ribozim na "zreloj" tRNA. Međutim, budući da RNaza P može funkcionirati bez proteinske komponente, za druge male RNK ova grupa je vezana za protein (a oni su, u stvari, kofaktori). Na primjer, tmRNA aktivira složeni proteinski kompleks, djelujući kao "čuvar" za ribozom koji je "zaglavio" - budući da je glasnička RNK koja se čita dostigla svoj kraj, ali stop kodon nije formiran.

Postoji još intrigantniji mehanizam za neposrednu interakciju malih RNK sa proteinima. Svaka ćelija ima širok spektar proteina koji se vezuju za "tradicionalne" nukleinske kiseline. Za to nije kriva prokariotska ćelija. Na primjer, ovi proteini slični histonima pomažu u pravilnom pakiranju DNK lanca, a specifični represorski proteini mogu se distribuirati u operatersku regiju bakterijskih gena. Pokazalo se da ovi represori mogu biti apsorbirani od strane malih RNK, koji djeluju kao "roditelji" za ove proteine da stignu na DNK. Dakle, na maloj RNK CsrB (slika 1) postoji 18 „prevarnih“ mesta koja služe da spreče protein represora CsrA da dostigne svoju pravu metu - glikogenski operon. Između ostalog, među represorskim proteinima koji „zalutaju“ kroz tako male RNK, regulatori globalnih metaboličkih puteva su pooštreni, što omogućava da se inhibicijski signal male RNK obilato potisne. Na primjer, 6S RNA je mala, koja "ima" proteinski faktor 70. Konfiguraciona “prevara” zauzima centar vezivanja RNA polimeraze sa sigma faktorom, koji blokira ekspresiju gena “domaće vladavine”.

Malyunok 1. Sekundarna struktura male RNK CsrB je bioinformatički prenesena Vibrio cholerae M66-2. Male RNK su jednolančani molekuli, ali, kao i druge RNK, savijanje u stabilnu otvorenu strukturu je praćeno formiranjem sekcija, gdje se molekul hibridizira na sebi. Brojčane brojke o strukturi i izgledu otvorenih prstenova nazivaju se stiletto heels. U nekim slučajevima, kombinacija ukosnica omogućava RNK da igra ulogu "spužve", nekovalentno vezujući proteine pjesme. Češće nego ne, molekuli ovog tipa interferiraju sa DNK ili RNK; U tom slučaju se uništava struktura male RNK i stvaraju se novi dijelovi hibridizacije s ciljnim molekulom. Toplotna mapa pokazuje vjerovatnoću da će određeni par nukleotida biti efikasno povezan sa intramolekularnom vezom vode; za neuparene dijelove - sposobnost stvaranja vodenih veza s bilo kojim dijelovima u sredini molekula. Slika je uklonjena pomoću dodatnih programa RNAfold.

Male RNK bakterija interferiraju i prilično su uspješne!

Mehanizam iza regulatora druge grupe sličan je onom kod regulatornih RNK eukariota - ista interferencija RNA hibridizacije sa mRNA, ali same male RNK su najčešće duže - do desetina stotina nukleotida ( div. Mala 1). Kao rezultat toga, ribosomi ne mogu uhvatiti informacije iz mRNA kroz malu RNK. Iako najčešće, čini se, ne dolazimo do ove tačke: formirani kompleksi "mala RNK - mRNA" postaju meta RNaza (tip RNaze P).

Na kompaktnost i gustoću pakiranja prokariotskog genoma ukazuje činjenica da je kod eukariota većina regulatornih RNK zabilježena u susjednim (obično ne kodirajućim) lokusima, tada veliki broj bakterijskih RNK može biti kodiran u tim lokusima istom DNK. podjele, i gen koji se savija, i na produženoj lanceti! Ove RNK se nazivaju cis kodirano(anti-sense), i mala RNK koja leži na nekom udaljenom obliku presavijenog komada DNK - trans-coded. Možda se odmotavanje cis-RNA može smatrati trijumfom ergonomije: može se očitati iz proteanske DNK u trenutku njenog odmotavanja istovremeno s ciljnim transkriptom, što omogućava da se protein sintetizira da bude tanko ispleten.

Male RNK u transpoziciji evoluiraju nezavisno od cijele mRNA, a sekvenca regulatora se jače mijenja kao rezultat mutacije. Moguće je da je ovaj raspored bakterijskih ćelija manje „pri ruci“, jer mala RNK pojačava aktivnost u prethodno nekontrolisanim ciljevima, što ubrzava potrošnju energije na stvaranje drugih regulatora. S druge strane, pritisak selekcije ne dozvoljava trans-maloj RNK da previše mutira tako da izgubi aktivnost. Ništa manje važno je da je za hibridizaciju sa glasničkom RNK većine trans-malih RNK, neophodna podrška protein Hfq. Očigledno, inače nekonzistentna komplementarnost male RNK može stvoriti probleme s vezivanjem cilja.

Očigledno, regulatorni mehanizam, koji se potencijalno implementira, po principu „jedna mala RNK - nema mete“, pomaže u integraciji metaboličkih procesa bakterija, što je krajnje neophodno u umovima kratkog jednoćelijskog života. Možemo nastaviti spekulirati o ovoj temi i pretpostaviti da uz pomoć transkodiranih malih RNK dolazi do prijenosa ekspresnih "poremećaja" iz funkcionalno povezanih, ali ne i fizički udaljenih lokusa. Potreba za ovakvom genetskom prozivkom logično je objašnjena velikim brojem malih RNK otkrivenih u patogenim bakterijama. Na primjer, stotine malih RNA pronađene su u rekorderu za ovaj indikator - vibrio cholerae ( Vibrio cholerae). Ovo je mikroorganizam koji može živjeti u potpuno vodenom okruženju (i svježem i slanom), i na vodenim mekušcima, i u ribama, i u ljudskim crijevima - ne može bez složene adaptacije uz pomoć regulatornih molekula!

CRISPR o zdravlju bakterija

Utvrđeno je da su male RNK prisutne u drugim važnim zadacima za bakterije. Najnovije patogene koke i glodavci mogu izgledati bespomoćno pred opasnošću koja podsjeća na posebne viruse - bakteriofage, koji su sposobni naštetiti bakterijskoj populaciji. Bogati organizmi imaju specijalizovan sistem za zaštitu od virusa. Imun, putem ćelija i supstanci koje vide, što štiti organizam od nepovoljnih gostiju (uključujući i one virusne prirode). Bakterijske bakterije su iste, ali nisu toliko destruktivne kao što mislite na prvi pogled. Zaštita receptura za podržavanje antivirusnog imuniteta bakterija su lokusi CRISPR- skupljena regularna-intermitentna kratka palindromska ponavljanja ( grupisane, pravilno razmaknute kratke palindromske ponavljanja) (Sl. 2; ). U prokariotskim genomima, kožna CRISPR kaseta je predstavljena vodećom sekvencom od nekoliko stotina nukleotida, praćenom nizom od 2-24 (ponekad i do 400) ponavljanja, razdvojenih razmaknicama sličnim. Oni su također jedinstveni u svojoj nukleotidnoj sekvenci. Dubina odstojnika kože i ponavljanja ne prelazi stotine parova nukleotida.

Slika 2. CRISPR lokus i procesiranje male RNK specifične za lanac u funkcionalni transkript. U genomu CRISPR-Kaseta je predstavljena odstojnicima koji se međusobno isprepliću (označeni kao Sp), djelomično homologni dijelovi DNK faga i ponavljanja ( iza) s razlikom od 24-48 bp, što pokazuje simetriju dijade. Za razliku od ponavljanja, razmaknici u sredini jednog lokusa su međutim dugi jedan iza drugog (kod nekih bakterija može biti 20-70 nukleotida), ali su odvojeni nakon nukleotidne sekvence. Dijelovi "odstojnika-repeat" mogu biti dugi i mogu se presavijati u nekoliko stotina dijelova. Cijela struktura je s jedne strane okružena vodećim nizom ( LP, nekoliko stotina pari baza). U blizini se nalazi Cas-geni ( C RISPR-as povezane), organizovane u operon. Proteini koji se ubrajaju u njih obavljaju niske dodatne funkcije, osiguravajući obradu transkripta tretiranog sa CRISPR-Lokus, čija uspješna hibridizacija sa fagom DNK metom, uvođenje novih elemenata na lokus, itd. cRNA, koja nastaje kao rezultat višestepene obrade, hibridizira se s dijelom DNK (donji dio bebe), koji je spojen od strane faga u bakteriju. Ovo sprečava virus da "sakrije" transkripcionu mašinu i spreči njegovu reprodukciju u prokariotskim ćelijama.

Detaljan mehanizam svega CRISPR-Lokus još treba da se oživi. Danas je predložen princip vađenja odstojnika - najvažnijih konstrukcija u našem skladištu. Ispostavilo se da su “misli iza bakterija” bitke njihovog sopstvenog otpada – nukleinskih kiselina, tačnije – “trofejnih” genetskih informacija, zarobljenih od bakterija i faga u velikim bitkama! Istina je da nisu svi fagi koji stignu do bakterijske ćelije štetni. DNK takvih faga (možda ostaje do smrti) seče se posebnim Cas proteinima (njihovi geni bok CRISPR) na manje fragmente. Neki od ovih fragmenata će biti kreirani u CRISPR-Lokusi "gospodarskog" genoma. I ako se DNK faga reapsorbuje u bakterijsku ćeliju, spaja se sa malom RNK CRISPR-lokus, koji u tom trenutku eksprimiraju i formiraju Cas proteini. Nakon toga, virusna genetska informacija se inaktivira pomoću već opisanog mehanizma interferencije RNK.

Uz hipotezu o formiranju razmaknica, nije jasno koja su ponavljanja između njih potrebna, tako da se u sredini jednog lokusa malo razlikuju od posljednjeg, ali su nakon posljednjeg praktično identični? Ovdje postoji širok obim mašte. Možda bi, bez ponavljanja, bilo problematično secirati genetske podatke na semantičke fragmente, slično sektorima na hard disku računara, a zatim dozvoliti mašini za transkripciju da pristupi striktno određenim delovima. CRISPR-Lokus postaje uvrnut? Ili možda možete ponoviti procese rekombinacije kada se uvedu novi elementi DNK faga? Ili su smrad „znakovi razdvajanja“ koji se ne mogu izbjeći tokom CRISPR obrade? Kao da ne postoji biološki razlog koji objašnjava ponašanje bakterijskih ćelija na biljci Gogol Plyushkin, jednog dana će biti pronađen.

CRISPR, kao "hronika" interakcije između bakterija i faga, može se koristiti u filogenetskim istraživanjima. Dakle, nedavno nova vrsta CRISPR omogućilo nam je da pogledamo evoluciju nekoliko sojeva mikroba kuge ( Yersinia pestis). Istraga o njima CRISPR- „preci“ rasvetljavaju istoriju od pre više hiljada godina, kada su prodrli u Mongoliju sa teritorije koja se sada prostire do Kine. Međutim, ne može se koristiti ova metoda za sve bakterije, zokremu, patogene. Nevažno za nedavne dokaze o transferu proteina CRISPR gena kod pacijenata sa tularemijom ( Francisella tularensis) i kolere, sami CRISPR-i, koji su prisutni u njihovom genomu, su bezbrojni. Zar je moguće da fagi, koji su zaslužni za svoj pozitivan doprinos sticanju virulencije kod patogenih predstavnika bakterijskog carstva, nisu toliko jeftini i opasni da se od njih zaštite pomoću CRISPR-a? Da li su virusi koji napadaju ove bakterije toliko raznoliki i da je strategija "ometanja" RNA imuniteta beskorisna protiv njih?

Slika 3. Mehanizmi rada ribos prekidača. Ribosprekidači (ribosprekidači) su umetnuti u RNK glasnika, ali su podložni velikoj slobodi konformacijskog ponašanja, kao što je podvrgnutost specifičnim ligandima, što omogućava utjecaj ribosprekidača od strane nezavisnih jedinica male RNK. Promjena konformacije platforme za ekspresiju ubacuje mjesto slijetanja ribosoma na mRNA ( RBS), i, konačno, to znači da je sva mRNA dostupna za čitanje. Ribos prekidači su vrlo slični prostoru operatera u klasičnom modelu lac-operon - ali samo aptamerne sekcije su regulisane molekulima male molekulske težine i rezultiraju izmjenom gena na nivou mRNA, a ne DNK. A - Za dostupnost liganada, ribosprekidača btuB (transporter kobalamina)і thiM (deponovan tiamin pirofosfatom), koji pokreće nenukleolitičku represiju mRNA, "uključuje se" ( ON) i dozvoliti ribosomima da rade svoj posao. Vezivanje liganda za ribosprekidač ( ISKLJUČENO-pozicija) da se formira ukosnica tako da se ovaj dio učini nedostupnim ribozomima. b - Lysine riboswitch lysC jer je ligand također uključen ( ON). Prisustvo riboprekidača blokira pristup ribozoma mRNA. Osim opisa ribosprekidača, u lizinskom prekidaču, kada je isključen, "goli" je dio koji je presečen posebnim RNase kompleksom ( degradosom), i sva mRNA se koristi, razlažući se na manje fragmente. Represija riboprekidačem se ponekad naziva nukleolitičkom ( nukleolitički) i ne može se pregovarati, fragmenti, sa strane kundaka ( A ), zvorotne peremikannya (znov u ON) je već nemoguće. Na taj način se može postići zbrinjavanje grupe „nepotrebnih“ mRNA: riboskidač sličan komadu dječjeg konstrukcionog seta, a strukturno slični skakači mogu se naći u cijeloj grupi funkcionalno povezanih matričnih molekula.

Riboswitch - senzor za bakterije

Također, postoje male RNK koje asociraju na proteine, male RNK koje ometaju bakterijske mRNA, kao i RNK koje bakterije pohranjuju od virusa i savijanja DNK faga. Da li je moguće identificirati bilo koji drugi mehanizam regulacije koristeći male RNK? Tako izgleda. Ako analiziramo opisanu supstancu, otkriće se da u svim vrstama antisens regulacije postoji interferencija između male RNK i mete kao rezultat hibridizacije ova dva okremikh molekule. Zašto ne uzgajati mala RNK u magacinu samog transkripta? Tada je moguće, promenom konformacije takvog „poslanog kozaka“ u sredini mRNA, promeniti dostupnost čitave matrice za čitanje tokom translacije ili, što je energetski efikasnije, regulisati biosintezu mRNA. , itd. transkripcija!

Takve strukture su široko zastupljene u bakterijskim ćelijama i vrstama kao što su enzimi ( riboswitch). Miris se pojavljuje ispred kodirajućeg dijela gena, na 5′ kraju mRNA. Intelektualno se u skladištu ribolighta mogu uočiti dva strukturna motiva: aptamer dilyanka, odgovoran za vezivanje za ligand (efektor), i ekspresna platforma, koji osigurava regulaciju ekspresije gena za dodatnu tranziciju mRNA u alternativne svemirske strukture. Na primjer, takav remikser (tip “vimicable”) se koristi za funkcioniranje lizinski operon: kada je previše lizina, pojavljuje se "zamršena" prostorna struktura koja blokira čitanje iz operona, a kada postoji manjak, ribosprekidač se "cijepa", a proteini neophodni za biosintezu lizina sintetiziraju se y (slika 3) .

Opisan je važan dijagram strukture riboswitcha - nije kanon, postoje varijacije. Centralno „uključivanje“ tandem riboskidača manifestacija kod Vibrio cholerae: ekspresivne platforme za prijenos samo dva aptameri. Očigledno, to će osigurati veću osjetljivost i glatkiju reakciju na pojavu druge aminokiseline u tijelu - glicina. Moguće je da je moguće objasniti visoku stopu preživljavanja bakterije, slično principu djelovanja, zvanog „podređeni“ ribos prekidač u genomu sibirskog crva ( Bacillus anthracis). Vino reaguje na ulazu u skladište minimalne vitalne supstance koja je važna za mikrob koji sadrži - tiamin pirofosfata.

Osim promjene metaboličkih puteva, ovisno o „meniju“ koji je dostupan bakterijskoj ćeliji, ribos prekidači mogu djelovati kao senzori za homeostazu bakterije. Tako su označeni u regulaciji dostupnosti gena za čitanje kada je poremećeno funkcionisanje translacionog sistema u sredini ćelije (na primjer, takvi signali kao što je pojava „nenabijene“ tRNA i „zaustavljenih“ ribozoma ), ili kada Drugi faktori okoline (na primjer, porast temperature ).

Nema potrebe za proteinima, dajte nam RNK!

Šta znači prisustvo takve proliferacije malih RNK regulatora u sredini bakterije? Zašto bismo pričali o ovom konceptu, ako su glavni “kontrolori” proteini, kojih se plašimo sljedećeg modnog trenda? Možda ni jedno ni drugo. Jasno je da su neke male RNK globalni regulatori metaboličkih puteva – kao što je poznat CsrB, koji zajedno sa CsrC igra ulogu u regulaciji skladištenja organskog ugljika. Međutim, na osnovu principa dupliciranja funkcija u biološkim sistemima, male RNK bakterije se mogu porediti ili sa „kriznim menadžerom“ ili sa generalnim direktorom. Dakle, u našim mislima, ako mikroorganizam treba da preživi shvidko ponovo podesiti intracelularni metabolizam, njegova regulatorna uloga može biti važnija i efikasnija od proteina sa sličnim funkcijama. Stoga se vjeruje da su RNA regulatori bržeg odgovora, manje stabilni i pouzdani i manje nekompatibilni s proteinima: ne zaboravite da mala RNK održava svoju 3D strukturu i sjedi na matriksu, koji je inhibiran slabim vodenim ligamentima.

Indirektna potvrda ovih teza može biti zasnovana na otkriću male RNK vibriona kolere. Ulazak ove bakterije u ljudski organizam nije loša stvar, već, možda, hitna situacija. Virulacija toksina i aktivacija drugih puteva povezanih sa virulentnošću kod ovog tipa je vrlo snažna reakcija na agresivni antidot domaćina i ćelija tijela prema „strancima“. Ovdje su “pljačke” male RNK – na primjer Qrr, koje pomažu vibracijama u umovima pod stresom da modificiraju strategiju preživljavanja, mijenjajući kolektivno ponašanje. Ovu hipotezu može indirektno potvrditi i mala RNK VrrA, koja se aktivno sintetiše kada su vibracije prisutne u tijelu i potiskuje stvaranje membranskih proteina Omp. „Upareni” membranski proteini u ranoj fazi infekcije mogu pomoći da se eliminiše aktivni imuni sistem iz ljudskog tela (slika 4).

Malyunok 4. Mala RNK u implementaciji patogenih uticaja vibrio kolere. A - Vibrio kolere se dobro osjeća i čudesno se razmnožava u vodenoj sredini. Ljudsko tijelo može prestati biti glavna ekološka niša ovog mikroba. b - Korišćenjem vode i lišća za prenos infekcije u agresivnom mediju - tankom crevu čoveka - vibracije, zbog organizacije ponašanja, počinju da liče na pseudo-organizam, čija je glavna svrha da racionalizuje imuni sistem i stvoriti prijateljsko okruženje za kolonizaciju. Membranski vezikuli su od velike važnosti u koordinaciji aktivnosti bakterijske populacije i njihovoj interakciji s tijelom. Do kraja, faktori srednjeg toka u crijevima daju signale za ekspresiju malih RNK u vibrionima (na primjer, VrrA). Kao rezultat toga, pokreće se mehanizam stvaranja vezikula, koje su neimunogene s malim brojem stanica u crijevima. Pored opisanog efekta, male RNK pomažu da se "hvataju" membranski proteini Omp, koji su potencijalno provokativni za ljudski imuni sistem. Indirektnim učešćem malih RNK Qrr1-4 pokreće se intenzivna proizvodnja toksina kolere (beba nije prikazana), što upotpunjuje spektar adaptivnih reakcija vibro kolere. V - U roku od samo nekoliko godina raste broj bakterijskih ćelija i menja se pul male RNK VrrA, što, verovatno, dovodi do izlaganja membranskih proteina. Broj “praznih” vezikula se također mijenja korak po korak, a u ovoj fazi ih zamjenjuju imunogene koje se dostavljaju enterocitima. Možda dio plana uključuje implementaciju složenog signala, čiji je smisao da izazove evakuaciju vibracija iz ljudskog tijela. Napomena: odnos veličine između bakterijskih ćelija i enterocita nije određen.

Važno je znati kako će se naši nalazi o malim RNA regulatorima promijeniti ako se dobiju novi podaci na RNAseq platformama, uključujući dugovječne i nekulturne oblike. Nedavna istraživanja korištenjem "dubokog sekvenciranja" već su dala neočekivane rezultate, ukazujući na prisustvo molekula sličnih mikroRNA u mutantnim streptokocima. Naravno, takvi podaci će zahtijevati temeljitu provjeru, inače, kao da ih nema, mogu se sa sigurnošću potvrditi, tako da inokulacija malih RNK u bakterijama u pozadini ne sadrži iznenađenja.

Podyaki

Originalne ideje i kompozicioni dizajn za stvaranje Velike Malyunke, kao i Malyunke 4, pripadaju O.O. Kopaevoj, diplomci Arhiva SFedU. Otkriće Statti Malyunka 2 zasluga je vanrednog profesora katedre. Zoologija PFU G.B. Bakhtadze. Nakon što je završena naučna korekcija i dalje ispitivanje velike bebe i slike 4. Autor mu se zahvaljuje na strpljenju i kreativnom pristupu zadatku. Okrema podyaka kolezi, s.m.s. lab. Biohemija mikroba Rostovskog instituta za borbu protiv kuge Sorokin V.M. Za raspravu o tekstu članka i otkrivanje vrijednosti poštovanja.

Književnost

Carl Woese (1928-2012);;. 80 , 1148-1154;
RR Breaker. (2012). Ribosprekidači i RNA svijet. Perspektive Cold Spring Harbor u biologiji. 4 , a003566-a003566;
J. Patrick Bardill, Brian K. Hammer. (2012). Nekodirajuće sRNA reguliraju virulenciju kod bakterijskog patogena Vibrio cholerae. RNA Biology. 9 , 392-401;
Heon-Jin Lee, Su-Hyung Hong. (2012). Analiza malih RNK veličine mikroRNA u Streptococcus mutans dubokim sekvenciranjem. FEMS Microbiol Lett. 326 , 131-136;
M-P. Caron, L. Bastet, A. Lussier, M. Simoneau-Roy, E. Masse, D. A. Lafontaine. (2012). Kontrola inicijacije translacije i raspada mRNK ribosprekidačem dvostrukog djelovanja. Zbornik radova Nacionalne akademije nauka. 109 , E3444-E3453.

Smatramo da je netačna ekspresija malih RNK jedan od razloga za niz bolesti koje ozbiljno utiču na zdravlje mnogih ljudi širom svijeta. Među takvim bolestima su bolesti srca 23 i onkološke 24. Međutim, nije iznenađujuće: rak može reći o abnormalnostima u razvoju stanica i njihovih dijelova, a male RNK igraju važnu ulogu u tim procesima. Axis je jedna od najspektakularnijih primjena velikog priliva, kojim se male količine RNK primjenjuju na tijelo tokom onkoloških bolesti. Reč je o malignim bucmastima, koje karakteriše nepravilna ekspresija ovih gena, koja se javlja tokom razvojnog perioda organizma, a ne u postnatalnom periodu. Ovo je raznorazno djetinjasto oticanje mozga, koje se kao da se pojavljuje i prije dvorišne dobi. Nažalost, radi se o vrlo agresivnom obliku raka, a prognoza je ovdje nepovoljna zbog intenzivnog liječenja. Onkološki proces nastaje kao rezultat nepravilne regeneracije genetskog materijala u stanicama mozga. Promotor koji izaziva snažnu ekspresiju jednog od gena koji kodiraju proteine prepoznaje rekombinaciju s velikim klasterom malih RNK. Tada je čitava radnja primorana da se podvrgne amplifikaciji: drugim riječima, stvorena je potpuna kopija genoma. Takođe, male RNK koje su proširene „nizvodno“, ispod promotora, eksprimiraju se mnogo jače, ispod. Rabarbara umjesto aktivnih malih RNK je otprilike 150-1000 puta veća od norme.

Mala 18.3. Male RNK aktivirane alkoholom mogu se povezati sa glasničkim RNK, koje daju otpor tijelu prije dodavanja alkohola. Međutim, ove male RNK se ne kombinuju sa molekulima RNK glasnika, koji obezbeđuju takvu stabilnost. Ovo treba dovesti do jasnog važnog dijela molekula RNK glasnika koji kodiraju varijacije proteina koje su povezane s otpornošću na alkohol.

Ovaj klaster kodira preko 40 različitih malih RNK. U snazi je izgorjela najveća od sličnih skupina koje se nalaze u primatima. Jer je izražen posebno u ranim fazama ljudskog razvoja, u prvih 8 godina embrionalnog života. Njegova snažna aktivacija u mozgu djeteta dovodi do katastrofalnog priliva genetske ekspresije. Jedan od rezultata je ekspresija epigenetskog proteina, koji dodaje modifikaciju DNK. To će dovesti do velikih promjena u cjelokupnom obrascu metilacije DNK, a samim tim i do abnormalne ekspresije svih gena, koji su često odgovorni za ekspresiju samo ako su nezrele ćelije mozga sposobne da se podijele u ranim fazama razvoja tijelo. Tako ćelije ne mogu govoriti i program raka je pokrenut 25.

Slična kombinacija između malih RNK i epigenetičke opreme ćelija može se efikasno primeniti na druge situacije, ako ćelije razviju agilnost za rak. Ovaj mehanizam će vjerovatno dovesti do poremećaja male ekspresije RNK što rezultira promjenama u epigenetskim modifikacijama koje se prenose na ćelije kćeri iz matične ćelije. Ovo može dovesti do obrasca potencijalno nesigurnih promjena u karakteru ekspresije gena.

Do sada nisu shvaćene sve faze interakcije malih RNK sa epigenetskim procesima, kao ni pokušaji da se shvate specifičnosti onoga što se još može eliminisati. Na primjer, otkriveno je da klasa malih RNK koje pojačavaju agresivnost raka dojke ciljaju enzime pjesama u RNA-ama koje proizvode ključne epigenetske modifikacije. Ovo mijenja obrazac epigenetskih modifikacija u ćelijama raka i dalje remeti genetsku ekspresiju 26 .

Kod pacijenata je teško identificirati mnoge oblike raka. Onkološki procesi se mogu javiti u vrlo pristupačnim područjima, što otežava proceduru prikupljanja uzoraka. U takvim slučajevima doktoru nije lako pratiti razvoj procesa raka i reakciju na liječenje. Često se doktori ustručavaju da se oslone na indirektna mjerenja - recimo, tomografsko skeniranje otoka. Neki istraživači vjeruju da bi male molekule RNK mogle pomoći u stvaranju nove metode za kontrolu razvoja otoka, što im također omogućava da obavljaju svoje aktivnosti. Kada ćelije raka umru, ćelije su lišene male RNK tokom rasta ćelije. Ove male Smithove molekule često formiraju komplekse sa ćelijskim proteinima ili se omotavaju oko fragmenata ćelijskih membrana. Stoga je miris još stabilniji u rijetkim dijelovima tijela, pa se takva RNK može vidjeti i analizirati. Broj fragmenata je mali, a istraživači zabune će se osloniti na čak i osjetljive metode analize. Međutim, ovdje nema ničeg neugodnog: osjetljivost sekvenciranja nukleinskih kiselina se stalno poboljšava. Objavljeni su podaci koji potvrđuju izglede ovog pristupa za rak dojke 28 , rak jajnika 29 i druge onkološke bolesti. Analiza malih cirkulirajućih RNK kod pacijenata s karcinomom pluća pokazala je da ove RNK pomažu u razlikovanju pacijenata s jednim rakom pluća (koji ne zahtijeva terapiju) i pacijenata kod kojih se razvijaju maligni tumori - puhlini (scho vymagayut likuvannya) 30 .

Materijali na temu:

Mapa sajta