Що являє собою РНК-інтерференція? Під цим терміном розуміють систему контролю активності генів эукариотических кліток. Відбувається цей процес завдяки коротким (не більше 25 нуклеотидів у ланцюзі) молекулам рибонуклеїнової кислоти. РНК-інтерференція характеризується посттранскрипционным пригніченням експресії генів шляхом руйнування або деаденилювання мРНК.

Значимість

Вона була виявлена в клітинах багатьох еукаріотів: грибів, рослин, тварин. РНК-інтерференція вважається важливим способом захисту від вірусів клітини. Вона бере участь у процесі ембріогенезу. Завдяки потужному і вибірковим характером впливу рибонуклеїнової кислоти на експресію генів, можна проводити серйозні біологічні дослідження в живих організмах, культурах клітин. Раніше РНК-інтерференція мала іншу назву – косупрессия. Після детального вивчення подібного процесу, отримання Ендрю Фаером і Крейгом Мело Нобелівської премії в галузі медицини за вивчення механізму її протікання, даний процес був перейменований.

Історія

Що собою являє РНК-інтерференція? Відкриття її зобов'язане серйозного попереднього спостереження під впливом антисмыслового РНК-пригнічення експресії генів у рослин. Через деякий час американськими вченими були отримані дивовижні результати при введенні в петунію трансгенів. Дослідники спробували модифікувати аналізоване рослину так, щоб надати квітів більш насичений відтінок. Для цього ними були введені в клітини додаткові копії гена ферменту халконсинтазы, який відповідає за формування фіолетового пігменту.


Але результати проведеного дослідження виявилися абсолютно непередбачуваними. Замість бажаного потемніння забарвлення віночка петунії, квіти цієї рослини стали білими. Зниження активності ферменту халконсинтазы було названо косупресией.

Важливі моменти

Наступними експериментами виявили вплив на такий процес пост-транскрипційного пригнічення експресії гена через збільшення рівня деградації мРНК. В той часовий проміжок було відомо, що ті рослини, що експресують спеціальні білки, нечутливі до інфікування вірусом. Експериментально встановлено, що отримання подібної стійкості досягається при введенні в ген рослини короткої некодирующей послідовністю вірусної РНК. РНК-інтерференція, механізм якої досі не до кінця вивчений, назвали «вірус-індукованим пригніченням експресії генів». Суму таких явищ біологи стали іменувати пост-транскрипції пригніченням експресії генів. Ендрю Фаеру і його колегам вдалося довести зв'язок між подібним явищем і введення сукупності смисловий антисмислової РНК і, утворюють дволанцюгову РНК. Саме вона визнана основною причиною появи описуваного процесу.

Особливості молекулярних механізмів

Білок Дайсер Giardia intestinalis каталізується розрізанням двоколової РНК з отриманням невеликих інтерферуючих фрагментів РНК. У домена РНК-ази зелене забарвлення, у PAZ-домену жовтий колір, а єднальна спіраль має синій відтінок.
Застосування РНК-інтерференції ґрунтується на екзогенному і ендогенному шляху. Перший механізм базується на геномі вірусу або є наслідком лабораторних експериментів. Відбувається розрізання у цитоплазмі таких РНК на невеликі фрагменти. Другий вид формується при експресії індивідуальних генів живого організму, наприклад, пре-мікро РНК. Він передбачає створення специфічних структур стебло-петлі всередині ядра, що утворюють мРНК, взаємодіючих з RISC-комплексом.

Невеликі інтерферуючі РНК

Вони являють собою ланцюжки, що складаються з 20-25 нуклеотидів, що мають на кінцях нуклеотидні виступи. У кожній ланцюжка є гідроксильний шматок на 3'-кінці і фосфатна група на 5'-частини. Утворюється структура такого виду в результаті впливу ферменту Дайсер на РНК, що містять шпильки. Після розщеплення фрагменти виявляються в складі каталітичного комплексу. Білок аргонавт поступово розплітає дуплекс РНК, що сприяє залишенню в RISC тільки однієї «спрямовуючої» ланцюга. Вона дозволяє эффекторному комплексу відшукувати специфічну мРНК-мішень. При приєднанні siRNA-RISC комплексу відбувається деградація мРНК. Такі молекули гибридизируются одним типом мРНК-мішені, що призводить до розщеплення молекули.

мРНК

РНК-інтерференція і захист рослин – взаємопов'язані процеси. мРНК складається з 21-22 з'єднаних послідовно нуклеотидів ендогенного походження, які беруть участь у процесі індивідуального розвитку організмів. Її гени транскрибуються, утворюючи довгі первинні транскрипти транскриптів pri-miRNA. Ці структури мають вигляд стебла-петлі, довжина їх складається з 70 нуклеотидів. В їх складі присутній фермент активність РНК-ази, а також білок, здатний зв'язувати дволанцюгову РНК. Далі здійснюється транспортування в цитоплазму, де утворюється РНК стає субстратом для ферменту Дайсер. Можливо протікання процесингу різними шляхами, в залежності від виду клітини. Саме так протікає РНК-інтерференція. Застосування процесу досі вивчено не в повному обсязі. Наприклад, вдалося встановити можливість протікання іншого шляху процесингу мРНК, який не залежить від Дайсер. В такому випадку відбувається розрізання молекули білком аргонавтом. Відмінність між miRNA і siRNA полягає в здатності інгібування трансляції з кількома різними мРНК, які містять аналогічні послідовності амінокислотних ланок.

Эффекторный комплекс RISC

РНК-інтерференція, біологічні функції якої дозволяють вирішувати безліч питань, пов'язаних з білковим комплексом, що забезпечує при інтерференції розщеплення мРНК. RISC-комплекс сприяє розділенню АТФ на кілька фрагментів. За допомогою рентгеноструктурного аналізу було визначено, що за допомогою такого комплексу процес істотно прискорюється. Його каталітичної частиною вважаються білки аргонавти, які локалізуються в певних місцях цитоплазми. Такі Р-тільця, являють собою дільниці зі значними рівнями деградації РНК, саме в них виявлена найбільша активність мРНК. Руйнування таких комплексів супроводжується зниженням ефективності процесу РНК-інтерференції.

Способи пригнічення транскрипції

Крім дії на рівні пригнічення трансляції, РНК також впливає і на транскрипцію генів. Частина еукаріотів застосовують такий шлях для забезпечення стабільності структури геному. Завдяки модифікації гістонів можна знизити на певній ділянці експресію генів, так як відбувається перехід такого шматка вид гетерохроматину. РНК-інтерференція і її біологічна роль – це важливе питання, що заслуговує серйозного вивчення і аналізу. Для проведення дослідження розглядають ті ділянки ланцюга, які відповідають за тип спарювання. Наприклад, для дріжджів пригнічення транскрипції здійснюється саме RISC-комплексом, який містить фрагмент Chp1 з хромодоменом, аргонавтом, а також білок, що володіє невідомою функцією Tas3. Щоб протікала індукція утворення ділянок гетерохроматину, потрібно фермент Дайсер, РНК-полімераза. Поділ таких генів призводить до порушення метилювання гістонів, призводить до уповільнення поділу клітини або повної зупинки цього процесу.

Редагування РНК

Найпоширенішою формою даного процесу у вищих еукаріотів вважається процес перетворення в інозин аденозину, що протікає в подвійній ланцюжку РНК. Для здійснення такого перетворення використовується фермент аденозиндезаминаза. На початку двадцять першого століття була висунута гіпотеза, згідно з якою, механізм РНК-інтерференції і редагування молекули були визнані конкурентними процесами. Дослідження, проведені для ссавців, свідчать про те, що редагування РНК здатне запобігати придушення трансгенів.

Відмінності між організмами

Воно полягає в здатності сприймати сторонні РНК, застосовувати їх у ході інтерференції. Для рослин такий ефект є системним. Навіть у разі незначного введення РНК відбувається пригнічення у всьому організмі певного гена. При такій дії РНК-сигнал передається між іншими клітинами. В його ампліфікації бере участь РНК-полімераза. Між організмами існує відмінність по застосуванню чужорідних генів в процесі РНК-інтерференції. У рослин процес транспорту siRNA відбувається за плазмодесмам. Спадкування таких РНК-ефектів забезпечується метилированием промоторів певних генів. Основною відмінністю такого механізму у рослин є ідеальність у них комплементарності мРНК, що в сукупності з RISC-комплексом сприяє повній деградації цієї молекули.

Біологічні функції

Розглянута система є важливим компонентом імунної відповіді на чужорідні матеріали. Наприклад, у рослин є кілька аналогів білка Дайсер, що використовуються для боротьби з численними вірусними організмами. РНК можна вважати механізмом противірусного захисту, що купується рослинами, запускающимся по всьому організму. Незважаючи на те, що в тваринних клітинах експресується значно менше білка Дайсер, і в них можна вести мову про участь РНК в антивірусному відповіді. В даний час імунні реакції, що протікають в організмі людини і тварин, вивчені частково. Біологи продовжують дослідження, намагаються не тільки обґрунтувати механізми їх протікання, але і знайти способи впливу на імунні взаємодії. У разі успішного пояснення всіх нюансів РНК-інтерференції, у вчених з'явиться можливість керувати даними біохімічними реакціями, створювати механізми захисту від чужорідних тел.