Kas yra RNR trukdžiai? Šis terminas reiškia eukariotinių ląstelių genų aktyvumo valdymo sistemą. Panašus procesas vyksta dėl trumpų (ne daugiau kaip 25 nukleotidų vienoje grandinėje) ribonukleino rūgšties molekulių.
RNR trukdžiai būdingi potranskripcijos genų ekspresijos slopinimui sunaikinant arba dedenilinant mRNR.
Svarbumas
Jis buvo rastas daugelio eukariotų ląstelėse: grybų, augalų, gyvūnų.
RNR trukdžiai yra laikomi svarbiu būdu apsaugoti ląsteles nuo virusų. Ji dalyvauja embriogenezės procese.
Dėl galingo ir selektyvaus ribonukleino rūgšties poveikio genų ekspresijai gali būti atliekami rimti biologiniai tyrimai gyvuose organizmuose, ląstelių kultūrose.
Anksčiau RNR trukdžiai turėjo kitą pavadinimą – kosupresija. Išsamiai ištyrus šį procesą, gavus Nobelio medicinos premiją už jo atsiradimo mechanizmo tyrimą, kurį atliko Andrew Fire ir Craigas Melo, šis procesas buvo pervadintas.
Istorija
Kas yra RNR trukdžiai? Jo atradimas įvyko dėl rimto išankstinio stebėjimo veikiantantisense RNR ekspresijos slopinimas augalų genuose.
Po kurio laiko amerikiečių mokslininkai pasiekė nuostabių rezultatų, kai į petunijas buvo įterpti transgenai. Tyrėjai bandė modifikuoti analizuojamą augalą taip, kad gėlėms būtų suteiktas sodresnis atspalvis. Norėdami tai padaryti, jie į ląsteles įvedė papildomas fermento chalkono sintazės geno, atsakingo už purpurinio pigmento susidarymą, kopijas.
Tačiau tyrimo rezultatai buvo visiškai nenuspėjami. Vietoj trokštamo petunijos vainiko patamsėjimo, šio augalo žiedai tapo b alti. Sumažėjęs fermento chalkono sintazės aktyvumas vadinamas kosupresija.
Svarbūs punktai
Toliau atlikti eksperimentai atskleidė poveikį šiam potranskripcijos genų ekspresijos slopinimo procesui dėl padidėjusio mRNR skilimo lygio.
Tuo metu buvo žinoma, kad tie augalai, kurie išreiškia specialius b altymus, nėra jautrūs viruso infekcijai. Eksperimentiškai nustatyta, kad toks atsparumas gaunamas į augalo geną įvedant trumpą nekoduojančią viruso RNR seką.
RNR trukdžiai, kurių mechanizmas vis dar nėra visiškai suprantamas, buvo vadinamas „viruso sukeltu genų nutildymu“.
Biologai tokių reiškinių sumą pradėjo vadinti potranskripcijos genų ekspresijos slopinimu.
Andrew Fire ir jo kolegoms pavyko įrodyti ryšį tarp panašaus reiškinio ir semantinio rinkinio įvedimoRNR ir antisensą formuojanti dvigrandė RNR. Būtent ji buvo pripažinta pagrindine aprašyto proceso atsiradimo priežastimi.
Molekulinių mechanizmų ypatybės
Giardia intestinalis Dicer b altymas katalizuojamas pjaunant dvigrandę RNR, kad susidarytų maži trukdantys RNR fragmentai. RNAazės domenas yra žalias, PAZ domenas yra geltonas, o jungiamoji spiralė yra mėlyna.
RNR trukdžių taikymas pagrįstas egzogeniniais ir endogeniniais keliais.
Pirmasis mechanizmas pagrįstas viruso genomu arba yra laboratorinių eksperimentų rezultatas. Tokia RNR citoplazmoje supjaustoma į mažus fragmentus. Antrasis tipas susidaro ekspresuojant atskirus gyvo organizmo genus, pavyzdžiui, priešmikro RNR. Tai apima specifinių kamieninių kilpų struktūrų kūrimą branduolyje, formuojančias mRNR, kurios sąveikauja su RISC kompleksu.
Mažos trukdančios RNR
Jos yra grandinės, susidedančios iš 20–25 nukleotidų, kurių galuose yra nukleotidų išsikišimai. Kiekviena grandinė turi hidroksilo fragmentą 3' gale ir fosfato grupę 5' dalyje. Šio tipo struktūra susidaro veikiant Dicer fermentui RNR turinčius plaukų segtukus. Po skilimo fragmentai tampa katalizinio komplekso dalimi. Argonauto b altymas palaipsniui išvynioja RNR dupleksą, dėl kurio RISC lieka tik viena „kreipiamoji“grandinė. Tai leidžia efektoriaus kompleksui ieškoti konkrečios tikslinės mRNR. PrisijungusVyksta siRNR-RISC komplekso mRNR degradacija.
Šios molekulės hibridizuojasi su vieno tipo tiksline mRNR, todėl molekulė suskaidoma.
mRNA
RNR trukdžiai ir augalų apsauga yra tarpusavyje susiję procesai.
mRNR susideda iš 21-22 iš eilės einančių endogeninės kilmės nukleotidų, kurie dalyvauja individualaus organizmų vystymosi procese. Jo genai yra transkribuojami, kad sudarytų ilgus pirminius pri-miRNR nuorašus. Šios struktūros yra stiebo kilpos formos, jų ilgis yra 70 nukleotidų. Juose yra fermento, turinčio RNazės aktyvumą, taip pat b altymo, galinčio surišti dvigrandę RNR. Toliau vyksta transportavimas į citoplazmą, kur gauta RNR tampa Dicer fermento substratu. Apdorojimas gali vykti įvairiais būdais, atsižvelgiant į langelio tipą.
Taip veikia RNR trukdžiai. Proceso taikymas dar nėra iki galo ištirtas.
Pavyzdžiui, buvo galima nustatyti kitokio mRNR apdorojimo kelio galimybę, kuri nepriklauso nuo Diser. Šiuo atveju molekulę supjausto argonauto b altymas. Skirtumas tarp miRNR ir siRNR yra gebėjimas slopinti vertimą keliomis skirtingomis mRNR, turinčiomis panašias aminorūgščių sekas.
RISC efektorių kompleksas
RNR trukdžiai,kurių biologinės funkcijos leidžia išspręsti daugelį klausimų, susijusių su b altymų kompleksu, užtikrinančiu mRNR skilimą trukdžių metu. RISC kompleksas skatina ATP padalijimą į kelis fragmentus.
Rentgeno spindulių difrakcijos analizės pagalba nustatyta, kad naudojant tokį kompleksą procesas žymiai pagreitėja. Jo katalizine dalimi laikomi argonautų b altymai, kurie yra lokalizuoti tam tikrose citoplazmos vietose. Tokie P kūnai yra sritys, kuriose yra didelis RNR degradacijos lygis; būtent jose buvo aptiktas didžiausias mRNR aktyvumas. Tokių kompleksų sunaikinimą lydi RNR trukdžių proceso efektyvumo sumažėjimas.
Transkripcijos slopinimo metodai
Be savo veikimo transliacijos slopinimo lygiu, RNR taip pat turi įtakos genų transkripcijai. Kai kurie eukariotai naudoja šį būdą genomo struktūros stabilumui užtikrinti. Dėl histonų modifikacijos tam tikroje srityje galima sumažinti genų ekspresiją, nes toks gabalas pereina į heterochromatino formą.
RNR trukdžiai ir jo biologinis vaidmuo yra svarbus klausimas, kurį verta rimtai ištirti ir analizuoti. Norint atlikti tyrimą, atsižvelgiama į tas grandinės dalis, kurios yra atsakingos už poravimo tipą.
Pavyzdžiui, mielėms transkripcijos slopinimą atlieka būtent RISC kompleksas, kuriame yra Chp1 fragmentas su chromodomainu, argonautas ir b altymas, turintisnežinoma funkcija Tas3.
Norint paskatinti heterochromatino sričių susidarymą, reikalingas Dicer fermentas, RNR polimerazė. Tokių genų dalijimasis pažeidžia histono metilinimą, sulėtina ląstelių dalijimąsi arba visiškai sustabdo šį procesą.
RNR redagavimas
Didžiausia šio proceso forma aukštesniuosiuose eukariotuose yra adenozino pavertimo inozinu procesas, kuris vyksta dviguboje RNR grandinėje. Tokiai transformacijai atlikti naudojamas fermentas adenozindeaminazė.
Dvidešimt pirmojo amžiaus pradžioje buvo iškelta hipotezė, pagal kurią RNR trukdžių mechanizmas ir molekulės redagavimas buvo pripažinti konkurenciniais procesais. Žinduolių tyrimai rodo, kad RNR redagavimas gali užkirsti kelią transgenų nutildymui.
Organizmų skirtumai
Tai slypi gebėjime suvokti svetimas RNR, pritaikyti jas trukdžių eigoje. Augalams šis poveikis yra sisteminis. Net ir nežymiai įvedus RNR, tam tikras genas yra slopinamas visame kūne. Šiuo veiksmu RNR signalas perduodamas tarp kitų ląstelių. RNR polimerazė dalyvauja jos amplifikacijoje.
Organizmai skiriasi svetimų genų panaudojimu RNR trukdžių procese.
Augaluose siRNR transportavimo procesas vyksta per plazmodesmatas. Tokio RNR poveikio paveldėjimą užtikrina tam tikrų genų promotorių metilinimas.
Pagrindinis skirtumas tarp šio mechanizmo iraugalai yra idealus jų mRNR komplementarumas, kuris kartu su RISC kompleksu prisideda prie visiško šios molekulės skilimo.
Biologinės funkcijos
Atitinkama sistema yra svarbi imuninio atsako į pašalines medžiagas dalis. Pavyzdžiui, augalai turi keletą Dicer b altymo analogų, kurie naudojami kovojant su daugybe virusinių organizmų.
RNR gali būti laikoma augalų įgytu antivirusiniu gynybos mechanizmu, kuris suveikia visame kūne.
Nepaisant to, kad gyvūnų ląstelėse yra daug mažiau Dicer b altymų, galime kalbėti apie RNR dalyvavimą antivirusiniame atsake.
Šiuo metu imuninis atsakas, atsirandantis žmonių ir gyvūnų organizme, yra iš dalies ištirtas.
Biologai tęsia tyrimus, bandydami ne tik pagrįsti jų atsiradimo mechanizmus, bet ir ieškoti būdų, kaip paveikti imuninę sąveiką. Sėkmingai išaiškinus visus RNR trukdžių niuansus, mokslininkai galės kontroliuoti šias biochemines reakcijas ir sukurti apsaugos nuo svetimkūnių mechanizmus.
