Se vad "små RNA" finns i andra ordböcker. Genuttryck och små RNA i onkologiska funktioner hos små RNA

Metaforen som ligger till grund för namnet på fenomenet RNA -interferens hänvisar till experimentet med petunia, när syntetasgener av rosa och lila pigment som artificiellt infördes i växten inte ökade färgintensiteten, utan tvärtom reducerade den. På samma sätt kan vid "normal" interferens överlagringen av två vågor leda till ömsesidig "annullering".

I en levande cell torkar aldrig informationsflödet mellan kärnan och cytoplasman, men att förstå alla dess "virvlar" och dechiffrera informationen som är kodad i den är en verkligt titanisk uppgift. Ett av de viktigaste genombrotten inom biologin under förra seklet kan betraktas som upptäckten av molekyler av informativt (eller matris) RNA (mRNA eller mRNA), som fungerar som mellanhänder som överför informativa "meddelanden" från kärnan (från kromosomer) till cytoplasman. RNA: s avgörande roll i proteinsyntes förutspåddes redan 1939 av Torbjörn Caspersson, Jean Brachet och Jack Schultz, och 1971 lanserade George Marbaix syntesen av hemoglobin i oocyter groda genom att injicera det första isolerade kaninbudet RNA som kodar detta protein.

1956-57, i Sovjetunionen, bevisade A.N.Belozersky och A.S. Spirin oberoende att mRNA fanns och fann också att huvuddelen av RNA i en cell inte är matris-RNA utan ribosomalt RNA (rRNA). Ribosomalt RNA - den andra "huvudsakliga" typen av cellulärt RNA - bildar "skelett" och funktionellt centrum för ribosomer i alla organismer; det är rRNA (och inte proteiner) som reglerar de viktigaste stadierna av proteinsyntes. Samtidigt beskrevs och studerades den tredje "huvudsakliga" typen av RNA - transport -RNA (tRNA), som i kombination med två andra - mRNA och rRNA - bildar ett enda proteinsyntetiserande komplex. Enligt den ganska populära hypotesen om "RNA -världen" var det denna nukleinsyra som låg till själva livets ursprung på jorden.

På grund av att RNA är mycket mer hydrofilt jämfört med DNA (på grund av att deoxiribos ersätts med ribos) är det mer labilt och kan röra sig relativt fritt i cellen och levererar därför kortlivade repliker av genetisk information (mRNA) till den plats där den börjar proteinsyntesen. Det är dock värt att notera de "besvär" som är förknippade med detta - RNA är mycket instabilt. Det är mycket värre än DNA, det lagras (även inuti cellen) och försämras vid minsta förändring av förhållanden (temperatur, pH). Förutom "egen" instabilitet tillhör ett stort bidrag ribonukleaser (eller RNaser) - en klass av RNA -klyvande enzymer som är mycket stabila och "allestädes närvarande" - även huden på försökspersonens händer innehåller tillräckligt med dessa enzymer för att negera hela experimentet. På grund av detta är arbetet med RNA mycket svårare än med proteiner eller DNA - det senare kan i allmänhet lagras i hundratusentals år med liten eller ingen skada.

Fantastisk noggrannhet på jobbet, tridistillat, sterila handskar, engångsglas för laboratorier - allt detta är nödvändigt för att förhindra nedbrytning av RNA, men efterlevnad av sådana standarder var inte alltid möjligt. Därför ignorerades helt enkelt de korta "fragmenten" av RNA, som oundvikligen kontaminerade lösningar. Men med tiden blev det klart att, trots alla ansträngningar för att upprätthålla arbetsområdet sterilitet, fortsatte naturligtvis "skräpet" att hittas, och sedan visade det sig att det alltid finns tusentals korta dubbelsträngade RNA i cytoplasma som utför ganska specifika funktioner och är absolut nödvändiga för normal utveckling. celler och organismer.

RNA -störningsprincip

Idag är studien av små reglerande RNA ett av de snabbast utvecklande områdena inom molekylärbiologi. Det visade sig att alla korta RNA utför sina funktioner på grundval av ett fenomen som kallas RNA -interferens (kärnan i detta fenomen är undertryckande av genuttryck i transkriptions- eller translationstadiet med aktivt deltagande av små RNA -molekyler). RNA -interferensmekanismen visas mycket schematiskt i fig. 1:

Ris. 1. Grunderna i RNA -störning
Dubbelsträngade RNA (dsRNA) molekyler är ovanliga i normala celler, men de är ett viktigt steg i livscykeln för många virus. Det speciella proteinet Dicer, som har hittat dsRNA i cellen, "skär" det i små fragment. Antisenssträngen i ett sådant fragment, som redan kan kallas kort interfererande RNA (siRNA, från siRNA - liten interferens -RNA), är bunden av ett komplex av proteiner som kallas RISC (RNA -inducerat tystningskomplex), vars centrala element är ett endonukleas av Argonaute -familjen. Bindning till siRNA aktiverar RISC och utlöser en sökning i cellen efter DNA- och RNA -molekyler som är komplementära till "mallen" siRNA. Sådana molekylers öde ska förstöras eller inaktiveras av RISC -komplexet.

För att sammanfatta, korta "rester" av främmande (inklusive avsiktligt införda) dubbelsträngade RNA fungerar som en "mall" för en storskalig sökning och förstörelse av komplementära mRNA (och detta motsvarar att undertrycka uttrycket av motsvarande gen), och inte bara i en cell, utan också i angränsande. För många organismer - protozoer, blötdjur, maskar, insekter, växter - är detta fenomen ett av de viktigaste sätten att immunförsvara mot infektioner.

År 2006 fick Andrew Fire och Craig Mello Nobelpriset i fysiologi eller medicin för upptäckten av fenomenet RNA -interferens - mekanismen för genavstängning med deltagande av dsRNA. Även om fenomenet RNA -störning i sig beskrevs långt före det (redan i början av 1980 -talet), var det Fire and Mello i allmän kontur bestämde regleringsmekanismen för små RNA och skisserade det hittills okända området för molekylär forskning. Här är de viktigaste resultaten av deras arbete:

• Vid RNA -störning är det mRNA (och inget annat) som klyvs;
• Dubbelsträngat RNA verkar (orsakar klyvning) mycket mer effektivt än enkelsträngat RNA. Dessa två observationer förutsade förekomsten av ett specialiserat system som förmedlar verkan av dsRNA;
• dsRNA komplementärt till det mogna mRNA -stället gör att det senare klyvs. Detta indikerade den cytoplasmatiska lokaliseringen av processen och närvaron av ett specifikt endonukleas;
• En liten mängd dsRNA (flera molekyler per cell) är tillräckligt för att helt "stänga av" målgenen, vilket indikerar förekomsten av en kaskadmekanism för katalys och / eller amplifiering.

Dessa resultat lade grunden för ett helt område av modern molekylärbiologi - RNA -interferens - och bestämde arbetsvektorn för många forskargrupper runt om i världen i mer än ett decennium. Hittills har tre stora grupper av små RNA upptäckts som spelar på molekylfältet för "RNA -interferenskommandot". Låt oss lära känna dem mer i detalj.

Spelare # 1 - korta störande RNA

Specificiteten för RNA-interferens bestäms av korta interfererande RNA (siRNA)-små dubbelsträngade RNA-molekyler med en väldefinierad struktur (se fig. 2).

siRNA är evolutionärt de tidigaste och är mest utbredda i växter, encelliga organismer och ryggradslösa djur. Hos ryggradsdjur finns siRNA praktiskt taget inte i normen, eftersom de ersattes av senare "modeller" av korta RNA (se nedan).

siRNA - "mallar" för att söka i cytoplasman och förstöra mRNA -molekyler - är 20-25 nukleotider långa och har en särdrag: 2 oparade nukleotider vid 3' -ändar och fosforylerade 5' -ändar. Anti-sense siRNA kan (inte i sig självklart, men med hjälp av RISC-komplexet) känna igen mRNA och specifikt orsaka dess nedbrytning: nedskärningen av mål-mRNA sker alltid exakt på en plats som kompletterar den 10: e och 11: e nukleotiderna i den anti-sense siRNA-strängen.

Ris. 2. Mekanismen för "interferens" för mRNA och siRNA
"Störande" korta RNA-molekyler kan både komma in i cellen från utsidan och "klippa" redan på plats från längre dubbelsträngade RNA. Det viktigaste proteinet som krävs för att skära dsRNA är Dicer -endonukleaset. Genavstängning av interferensmekanismen utförs av siRNA tillsammans med RISC -proteinkomplexet, som består av tre proteiner - endonukleas Ago2 och två hjälpproteiner PACT och TRBP. Senare visade det sig att Dicer- och RISC-komplexen kan använda som en "primer" inte bara dsRNA, utan också enkelsträngat RNA, som bildar en dubbelsträngad hårnål, såväl som färdigt siRNA (det senare kringgår stadiet av "skär" och binder omedelbart till RISC).

Funktionerna för siRNA i ryggradslösa celler är ganska olika. Det första och främsta är immunförsvaret. Det "traditionella" immunsystemet (lymfocyter + leukocyter + makrofager) finns endast i komplexa flercelliga organismer. I encelliga organismer, ryggradslösa djur och växter (som antingen inte har ett sådant system, eller det är i sin linda), är immunförsvaret baserat på RNA -störning. Immunitet baserad på RNA -interferens behöver inte komplexa organ för att "träna" prekursorerna för immunceller (mjälte, tymus); samtidigt är variationen av teoretiskt möjliga korta RNA -sekvenser (421 varianter) jämförbar med antalet möjliga proteinantikroppar hos högre djur. Dessutom syntetiseras siRNA på basis av ett "fientligt" RNA som infekterade en cell, vilket innebär att de, till skillnad från antikroppar, omedelbart "vässas" för en specifik typ av infektion. Och även om det utanför cellskyddet baserat på RNA -störning inte fungerar (åtminstone finns det inga sådana data ännu), ger det intracellulär immunitet mer än tillfredsställande.

Först och främst skapar siRNA antiviral immunitet genom att förstöra mRNA eller genomiskt RNA hos infektiösa organismer (till exempel så upptäcktes siRNA i växter). Införandet av viralt RNA orsakar en kraftfull amplifiering av specifika siRNA baserat på primermolekylen - själva virala RNA. Dessutom undertrycker siRNA uttryck av olika mobila genetiska element (MGE), vilket innebär att de ger skydd mot endogena "infektioner". Mutationer i generna i RISC -komplexet leder ofta till ökad genominstabilitet på grund av den höga aktiviteten hos MGE; siRNA kan begränsa uttrycket av sina egna gener, agera som svar på deras överuttryck. Reglering av genernas arbete kan ske inte bara på nivån av translation, utan också under transkription - genom metylering av gener vid histon H3.

I modern experimentell biologi kan betydelsen av RNA -interferens och korta RNA knappast överskattas. En teknik har utvecklats för att "stänga av" (eller knockdown) enskilda gener in vitro (i cellkulturer) och in vivo (i embryon), vilket redan har blivit de facto -standarden i studien av någon gen. Ibland, även för att fastställa de enskilda genernas roll i någon process, utförs en systematisk "avstängning" av alla gener i tur och ordning.

Apotekare har också blivit intresserade av möjligheten att använda siRNA, eftersom förmågan att rikta regleringen av enskilda gener fungerar lovar oöverträffade möjligheter vid behandling av en mängd olika sjukdomar. Liten storlek och hög verkningsspecificitet lovar hög effekt och låg toxicitet av siRNA-baserade läkemedel; emellertid har det ännu inte varit möjligt att lösa problemet med siRNA -avgivning till sjuka celler i kroppen, på grund av dessa molekylers bräcklighet och skörhet. Och även om nu dussintals lag försöker hitta ett sätt att rikta dessa "magiska kulor" exakt mot målet (inuti sjuka organ), har de ännu inte uppnått synlig framgång. Dessutom finns det andra komplikationer. Till exempel, när det gäller antiviral terapi, kan den höga selektiviteten av siRNA: s verkan vara en "björntjänst" - eftersom virus muterar snabbt, kommer den förändrade stammen mycket snabbt att förlora känslighet för siRNA som valts i början av behandlingen: det är känt att byte av endast en nukleotid i siRNA leder till en signifikant minskning av störningseffekt.

Vid denna tidpunkt är det värt att påminna om igen - siRNA hittades bara i växter, ryggradslösa djur och encelliga organismer; även om homologer av proteiner för RNA -interferens (Dicer, RISC -komplex) också finns i högre djur, detekterades inte siRNA med konventionella metoder. Vilken överraskning det var när konstgjorda syntetiska analoger av siRNA orsakade en stark specifik dosberoende effekt i däggdjurscellkulturer! Detta innebar att i ryggradsdjurceller ersattes inte RNA -interferens med mer komplexa immunsystem, utan utvecklades tillsammans med organismer och blev något mer "avancerat". Följaktligen var det hos däggdjur nödvändigt att inte leta efter exakta analoger av siRNA, utan efter deras evolutionära efterträdare.

Spelare 2 - mikroRNA

På grundval av en evolutionärt ganska gammal mekanism för RNA -störning i mer utvecklade organismer har två specialiserade system för kontroll av genernas arbete dykt upp, var och en med sin egen grupp av små RNA - mikroRNA (mikroRNA) och piRNA (piRNA, Piwi -interagerande RNA). Båda systemen uppträdde i svampar och coelenterates och utvecklades tillsammans med dem, vilket förträngde siRNA och mekanismen för "naken" RNA -störning. Deras roll för att tillhandahålla immunitet minskar, eftersom denna funktion togs över av mer avancerade mekanismer för cellulär immunitet, i synnerhet interferonsystemet. Detta system är dock så känsligt att det fungerar på siRNA själv: utseendet på små dubbelsträngade RNA i däggdjursceller utlöser ett "larm" (aktiverar utsöndringen av interferon och orsakar uttryck av interferonberoende gener, vilket blockerar all translation processer helt). I detta avseende förmedlas mekanismen för RNA -interferens hos högre djur huvudsakligen av mikroRNA och piRNA - enkelsträngade molekyler med en specifik struktur som inte detekteras av interferonsystemet.

När genomet blev mer komplext blev mikroRNA och piRNA alltmer involverade i reglering av transkription och translation. Med tiden utvecklades de till ett ytterligare, exakt och subtilt system för genomreglering. Till skillnad från siRNA produceras inte mikroRNA och piRNA (upptäckt 2001, se fig. 3, A-B) från främmande dubbelsträngade RNA-molekyler, utan kodas initialt i värdorganismens genom.

MiRNA -prekursorn transkriberas från båda strängarna av genomiskt DNA med RNA -polymeras II, vilket resulterar i att en mellanliggande form uppträder - pri -miRNA - som bär egenskaperna hos vanligt mRNA - m7G -lock och polyA -svans. Denna prekursor bildar en slinga med två enkelsträngade "svansar" och flera oparade nukleotider i mitten (fig. 3A). En sådan slinga genomgår en tvåstegsbehandling (Fig. B): först skär Drosha-endonukleaset av enkelsträngade RNA-"svansar" från hårnålen, varefter den klippta hårnålen (pre-microRNA) exporteras till cytoplasman, där det känns igen av Dicer, som gör ytterligare två snitt (en dubbelsträngad sektion skärs ut färgkodad i figur 3A). I denna form ingår moget mikroRNA, på samma sätt som siRNA, i RISC -komplexet.

Verkningsmekanismen för många miRNA liknar den för siRNA: ett kort (21–25 nukleotider) enkelsträngat RNA i RISC-proteinkomplexet binder med hög specificitet till en komplementär region i 3'-otranslaterade regionen av mål-mRNA . Bindning resulterar i klyvning av mRNA av Ago -proteinet. Aktiviteten för mikroRNA (jämfört med siRNA) är dock redan mer differentierad - om komplementariteten inte är absolut kan mål -mRNA inte brytas ned, utan bara blockeras reversibelt (det blir ingen translation). Samma RISC -komplex kan också använda artificiellt introducerade siRNA. Detta förklarar varför siRNA gjorda i analogi med protozoer också är aktiva hos däggdjur.

Således kan vi komplettera illustrationen av verkningsmekanismen för RNA -interferens i högre (bilateralt symmetriska) organismer genom att i en figur kombinera handlingsschemat för mikroRNA och biotekniskt introducerade siRNA (fig. 3B).

Ris. 3A: Struktur av en dubbelsträngad mikroRNA-prekursormolekyl
Huvuddrag: förekomsten av konservativa sekvenser som bildar en hårnål; närvaron av en komplementär kopia (miRNA *) med två "extra" nukleotider vid 3'-änden; en specifik sekvens (2–8 bp) som bildar en igenkänningsplats för endonukleaser. Själva mikroRNA är markerat med rött - det är vad Dicer skär ut.

Ris. 3B: Allmän mekanism för mikroRNA -bearbetning och förverkligande av dess aktivitet

Ris. 3B: Allmänt handlingsschema för artificiella mikroRNA och siRNA
Konstgjorda siRNA introduceras i cellen med hjälp av specialiserade plasmider (inriktning på siRNA -vektor).

Funktioner av mikroRNA

Fysiologiska funktioner hos mikroRNA är extremt olika - i själva verket fungerar de som de viktigaste icke -proteinregulatorerna för ontogenes. miRNA avbryter inte, utan kompletterar det "klassiska" schema för genreglering (inducerare, suppressorer, kromatinkomprimering, etc.). Dessutom regleras syntesen av miRNA själva på ett komplext sätt (vissa pooler av miRNA kan aktiveras av interferoner, interleukiner, tumörnekrosfaktor α (TNF-α) och många andra cytokiner). Som ett resultat uppstår ett nätverk med flera nivåer för att ställa in "orkestern" för tusentals gener, fantastiskt i sin komplexitet och flexibilitet, men detta slutar inte heller där.

mikroRNA är mer "universella" än siRNA: "avdelnings" -gener behöver inte vara 100% komplementära - reglering utförs även med partiell interaktion. Idag är ett av de hetaste ämnena inom molekylärbiologi sökandet efter mikroRNA som fungerar som alternativa regulatorer av kända fysiologiska processer. Till exempel har miRNA som är involverade i regleringen av cellcykeln och apoptos i växter, Drosophila och nematoder redan beskrivits; hos människor reglerar mikroRNA immunsystemet och utvecklingen av hematopoetiska stamceller. Användningen av teknik baserad på biochips (mikro-array screening) har visat att hela pooler av små RNA slås på och av vid olika stadier av cellliv. För biologiska processer har dussintals specifika mikroRNA identifierats, vars uttrycksnivå ändras tusentals gånger under vissa förhållanden, vilket betonar den exceptionella kontrollerbarheten hos dessa processer.

Fram till nyligen trodde man att mikroRNA endast undertrycker - helt eller delvis - genernas arbete. Men nyligen visade det sig att effekten av mikroRNA kan vara radikalt olika beroende på cellens tillstånd! I en aktivt delande cell hämmar mikroRNA, som har bundit sig till den komplementära sekvensen i 3'-regionen av mRNA, proteinsyntes (translation). Men i viloläge eller stress (till exempel när man växer i en dålig miljö) leder samma händelse till exakt motsatt effekt - en ökning av syntesen av målproteinet!

Utveckling av mikroRNA

Antalet mikroRNA -sorter i högre organismer har ännu inte fastställts fullt ut - enligt vissa data överstiger det 1% av antalet proteinkodande gener (till exempel talar de om 700 mikroRNA, och detta antal är konstant växande). mikroRNA reglerar aktiviteten hos cirka 30% av alla gener (mål för många av dem är ännu inte kända), och det finns både allestädes närvarande och vävnadsspecifika molekyler - till exempel reglerar en sådan viktig pool av mikroRNA mognad av blodstamceller .

Den breda uttrycksprofilen i olika vävnader hos olika organismer och den biologiska förekomsten av mikroRNA indikerar ett evolutionärt uråldrigt ursprung. För första gången upptäcktes miRNA i nematoder, och under lång tid trodde man att dessa molekyler endast förekommer i svampar och coelenterat; de upptäcktes dock senare även i encelliga alger. Intressant nog, när organismer blir mer komplexa, ökar också mängden och heterogeniteten i mikroRNA -poolen. Detta indirekt indikerar att komplexiteten hos dessa organismer särskilt tillhandahålls av funktionen av mikroRNA. Den möjliga utvecklingen av mikroRNA visas i figur 4.

Ris. 4. Mångfald av mikroRNA i olika organismer
Ju högre organism organisationen är, desto mer mikroRNA finns i den (antalet inom parentes). Art med enstaka mikroRNA markeras med rött. Enligt .

Ett tydligt evolutionärt förhållande kan dras mellan siRNA och mikroRNA, baserat på följande fakta:

• verkan av båda typerna är utbytbar och medieras av homologa proteiner;
• siRNA introduceras i däggdjursceller specifikt "stänger av" de önskade generna (trots viss aktivering av interferonförsvar);
• mikroRNA finns i allt fler gamla organismer.

Dessa och andra data tyder på att båda systemen kommer från en gemensam "förfader". Det är också intressant att notera att "RNA" -immunitet, som en oberoende föregångare till proteinantikroppar, bekräftar teorin om ursprunget till de första livsformerna på grundval av RNA, och inte proteiner (kom ihåg att detta är akademikerens favoritteori AS Spirin).

Även om det bara fanns två "spelare" på arenan för molekylärbiologi - siRNA och mikroRNA - verkade det huvudsakliga "syftet" med RNA -störningar helt klart. Faktiskt: en uppsättning homologa korta RNA och proteiner i olika organismer utför liknande åtgärder; i takt med att organismer blir mer komplexa blir funktionaliteten mer komplex.

Men under utvecklingsprocessen skapade naturen ett annat, evolutionärt det senaste och högspecialiserade systemet baserat på samma framgångsrika princip för RNA -störning. Vi pratar om piRNA (piRNA, från Piwi-interaktion RNA).

Ju mer komplext genomet är organiserat, desto mer utvecklad och anpassad organism (eller tvärtom? ;-). Den ökande komplexiteten hos genomet har dock också en baksida: det komplexa genetiska systemet blir instabilt. Detta leder till behovet av mekanismer som är ansvariga för att upprätthålla genomets integritet - annars kommer spontan "blandning" av DNA helt enkelt att inaktivera det. Mobila genetiska element (MGE) - en av huvudfaktorerna för genomets instabilitet - är korta instabila regioner som kan autonomt transkriberas och migreras genom genomet. Aktiveringen av sådana mobila element leder till flera DNA -brytningar i kromosomer, fyllda med dödliga konsekvenser.

Antalet SHE ökar olinjärt med genomets storlek och deras aktivitet måste innehållas. För detta använder djur, som börjar med coelenterates, samma fenomen av RNA -störning. Denna funktion utförs också av korta RNA, dock inte de vi redan har diskuterat, utan deras tredje typ, piRNA.

"Porträtt" av piRNA

piRNA är korta molekyler 24-30 nukleotider långa, kodade i kromosomens centromera och telomera regioner. Sekvenserna för många av dem kompletterar kända mobila genetiska element, men det finns många andra piRNA som sammanfaller med regioner i arbetsgener eller med fragment av genomet vars funktioner är okända.

piRNA (liksom mikroRNA) kodas i båda delarna av genomiskt DNA; de är mycket varierande och olika (upp till 500 000 (!) arter i en organism). Till skillnad från siRNA och microRNA bildas de av en enda sträng med ett karakteristiskt drag-uracil (U) vid 5'-änden och metylerad 3'-ände. Det finns också andra skillnader:

• Till skillnad från siRNA och microRNA kräver de inte Dicers bearbetning;
• PiRNA -generna är endast aktiva i könsceller (under embryogenes) och de omgivande endotelcellerna;
• Proteinsammansättningen i piRNA -systemet är annorlunda - dessa är endonukleaser av Piwi -klassen (Piwi och Aub) och en separat Argonaute -sort, Ago3.

Bearbetning och aktivitet av piRNA är fortfarande dåligt förstådda, men det är redan klart att verkningsmekanismen är helt annorlunda än andra korta RNA - idag har en pingis -modell av deras arbete föreslagits (fig. 5 A, B).

Ping-pong-mekanism för piRNA-biogenes

Ris. 5A: Cytoplasmatisk del av piRNA -bearbetning
Biogenesen och aktiviteten hos piRNA medieras av Piwi -familjen av endonukleaser (Ago3, Aub, Piwi). Aktiviteten för piRNA tillhandahålls av både enkelsträngade piRNA -molekyler - sense och anti -sense - som var och en är associerad med ett specifikt Piwi -endonukleas. PiRNA känner igen det komplementära området för transposon -mRNA (blå sträng) och skär ut det. Detta inaktiverar inte bara transposonen utan skapar också ett nytt piRNA (kopplat till Ago3 genom metylering av 3'-änden med Henl-metylas). Detta piRNA, i sin tur, känner igen mRNA med transkript av piRNA -prekursorklustret (röd kedja) - på detta sätt stängs cykeln och det önskade piRNA produceras igen.

Ris. 5B: piRNA i kärnan
Förutom endonukleas Aub kan Piwi endonukleas också binda antisense piRNA. Efter bindning migrerar komplexet till kärnan, där det orsakar nedbrytning av komplementära transkript och kromatinarrangemang, vilket undertrycker aktiviteten hos transposoner.

PiRNA -funktioner

Huvudfunktionen för piRNA är att undertrycka MGE -aktiviteten vid transkription och translation. Man tror att piRNA endast är aktiva under embryogenes, när oförutsägbar blandning av genomet är särskilt farligt och kan leda till att embryot dör. Detta är logiskt - när immunsystemet ännu inte har börjat fungera behöver embryonets celler ett enkelt men effektivt skydd. Embryot skyddas på ett tillförlitligt sätt mot yttre patogener av moderkakan (eller äggskalet). Men förutom detta är försvar också nödvändigt mot endogena (interna) virus, först och främst MGE.

Denna roll som piRNA har bekräftats av erfarenhet - "knockout" eller mutationer av Ago3-, Piwi- eller Aub -generna leder till allvarliga utvecklingsstörningar (och en kraftig ökning av antalet mutationer i genomet hos en sådan organism), och orsakar också infertilitet på grund av försämrad utveckling av könsceller.

Distribution och utveckling av piRNA

De första piRNA finns redan i anemoner och svampar. Växter tog tydligen en annan väg - Piwi -proteiner hittades inte i dem, och rollen som "nosparti" för transposoner spelas av endonukleas Ago4 och siRNA.

Hos högre djur, inklusive människor, är piRNA -systemet mycket väl utvecklat, men det kan bara hittas i embryonala celler och i fostrets endotel. Varför distributionen av piRNA i kroppen är så begränsad återstår att se. Det kan antas att, precis som alla kraftfulla vapen, piRNA endast är fördelaktiga under mycket specifika förhållanden (under fosterutveckling), och i den vuxna kroppen kommer deras aktivitet att göra mer skada än nytta. Ändå är antalet piRNA en storleksordning större än antalet kända proteiner, och det är svårt att förutsäga de ospecifika effekterna av piRNA i mogna celler.

Översiktstabell. Egenskaper för alla tre klasserna av korta RNA

	siRNA	mikroRNA	piRNA
Spridning	Växter, Drosophila, C. elegans... Finns inte hos ryggradsdjur	Eukaryoter	Embryonala celler hos djur (med början med coelenterat). Inget i protozoer och växter
Längd	21-22 nukleotider	19-25 nukleotider	24-30 nukleotider
Strukturera	Dubbelsträngade, 19 komplementära nukleotider och två oparade nukleotider i 3'-änden	Ensträngad komplex struktur	Ensträngad komplex struktur. U vid 5'-slutet, 2'- O-metylerad 3'-ände
Bearbetning	Dicer-beroende	Dicer-beroende	Dicer-oberoende
Endonukleas	Sedan 2	Sedan 1, sedan 2	Ago3, Piwi, Aub
Aktivitet	Nedbrytning av komplementärt mRNA, acetylering av genomiskt DNA	Nedbrytning eller hämning av translation av mål -mRNA	Nedbrytning av mRNA som kodar MGE, reglering av MGE -transkription
Biologisk roll	Antiviralt immunförsvar, undertryckande av aktiviteten hos egna gener	Reglering av genaktivitet	Undertryckning av MGE -aktivitet under embryogenes

Slutsats

Avslutningsvis skulle jag vilja ge en tabell som illustrerar utvecklingen av proteinapparaten som är involverad i RNA -interferens (fig. 6). Det kan ses att protozoer har det mest utvecklade siRNA -systemet (proteinfamiljer sedan, Dicer), och när organismer blir mer komplexa flyttas tyngden till mer specialiserade system - antalet proteinisoformer för mikroRNA (Drosha, Pasha) och piRNA (Piwi, Hen1) ökar. Samtidigt minskar variationen av enzymer som medierar verkan av siRNA.

Ris. 6. Mängden proteiner som är inblandade i RNA -interferens och
Siffrorna anger mängden proteiner i varje grupp. Element som är karakteristiska för siRNA och mikroRNA markeras med blått, och proteiner associerade med piRNA markeras med rött. Enligt .

Fenomenet RNA -interferens har redan börjat användas av de enklaste organismerna. På grundval av denna mekanism har naturen skapat en prototyp av immunsystemet, och i takt med att organismer blir mer komplexa blir RNA -störningar en oumbärlig regulator av genomaktivitet. Två olika mekanismer plus tre typer av korta RNA (se sammanfattningstabell) - som ett resultat ser vi tusentals subtila regulatorer av olika metaboliska och genetiska vägar. Denna slående bild illustrerar mångsidigheten och evolutionära anpassningen av molekylär biologiska system... Korta RNA bevisar återigen att det inte finns några "små saker" inuti cellen - det finns bara små molekyler, vars fulla betydelse rollen vi just har börjat förstå.

Det är sant att en sådan fantastisk komplexitet snarare talar om att evolutionen är "blind" och fungerar utan en förgodkänd "allmän plan".

Litteratur

1. Gurdon J.B., Lane C.D., Woodland H.R., Marbaix G. (1971). Användning av grodägg och äggceller för studier av budbärar -RNA och dess translation i levande celler. Nature 233,177-182;
2. Spirin A.S. (2001). Proteinbiosyntes, RNA -världen och livets ursprung. RAN Bulletin 71, 320-328;
3. Element: "Kompletta mitokondriella genomer av utdöda djur kan nu extraheras från hår";
4. Fire A., Xu S., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver S.E., Mello C.C. (1998). Kraftig och specifik genetisk interferens med dubbelsträngat RNA in Caenorhabditis elegans... Nature 391, 806-311;
5. Biomolekyl: "MikroRNA upptäcktes först i en encellig organism";
6. Covey S., Al-Kaff N., Lángara A., Turner D. (1997). Växter bekämpar infektion genom genavstängning. Nature 385, 781-782;
7. Biomolekyl: "Molekylär dubbelhandel: mänskliga gener fungerar för influensaviruset";
8. Ren B. (2010). Transkription: Förstärkare gör icke-kodande RNA. Nature 465,173-174;
9. Taganov KD, Boldin MP, Chang KJ, Baltimore D. (2006). NF-KB-beroende induktion av microRNA miR-146, en hämmare som är inriktad på att signalera proteiner av medfödda immunsvar. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103,12481-12486;
10. O'Connell R.M., Rao D.S., Chaudhuri A.A., Boldin MP, Taganov K.D., Nicoll J., Paquette R.L., Baltimore D. (2008). Ihållande uttryck av microRNA-155 i hematopoetiska stamceller orsakar en myeloproliferativ störning. J. Exp. Med. 205, 585-594;
11. Biomolekyl: "microRNA - ju längre in i skogen desto mer ved";
12. Element: "Organismens komplikation hos gamla djur var förknippad med uppkomsten av nya reglerande molekyler";
13. Grimson A., Srivastava M., Fahey B., Woodcroft B.J., Chiang H.R., King N., Degnan B.M., Rokhsar D.S., Bartel D.P. (2008). Tidigt ursprung och utveckling av mikroRNA och Piwi-interagerande RNA hos djur. Nature 455, 1193-1197.
14. Aravin A., Hannon G, Brennecke J. (2007). Piwi-piRNA Pathway ger ett adaptivt försvar i Transposon Arms Race. Vetenskap 318 761-764;
15. Biomolekyl: "

Forskare tror att det felaktiga uttrycket av små RNA är en av orsakerna till ett antal sjukdomar som mycket allvarligt påverkar hälsan hos många människor runt om i världen. Bland sådana sjukdomar finns kardiovaskulär 23 och cancer 24. När det gäller det senare är detta inte förvånande: cancer vittnar om abnormiteter i utveckling av celler och deras öde, och små RNA spelar en viktig roll i motsvarande processer. Här är ett av de mest illustrativa exemplen på den enorma påverkan som små RNA har på kroppen vid cancer. Vi pratar om en malign tumör, som kännetecknas av felaktigt uttryck för de gener som verkar under den inledande utvecklingen av organismen, och inte under den postnatala perioden. Det är en typ av barndomshjärntumör som vanligtvis uppträder före två års ålder. Tyvärr är detta en mycket aggressiv form av cancer, och prognosen är dålig även vid intensiv behandling. Den onkologiska processen utvecklas till följd av felaktig omfördelning av genetiskt material i hjärnceller. Promotorn, som vanligtvis orsakar starkt uttryck för en av generna som kodar för proteiner, genomgår rekombination med ett specifikt kluster av små RNA. Då förstärks hela denna omarrangerade region: med andra ord skapas många kopior av den i genomet. Följaktligen uttrycks små RNA som ligger "nedströms" än den förskjutna promotorn mycket starkare än de borde. Nivån av innehållet i aktivt litet RNA är cirka 150-1000 gånger högre än normen.

Ris. 18.3. Små RNA aktiverade av alkohol kan binda till budbärar -RNA som inte påverkar kroppens motståndskraft mot alkohol. Men dessa små RNA binder inte till messenger -RNA -molekyler som bidrar till detta motstånd. Detta leder till en relativ övervägande andel av messenger -RNA -molekyler som kodar för proteinvariationer associerade med alkoholresistens.

Detta kluster kodar över 40 olika små RNA. Egentligen är detta i allmänhet det största av sådana kluster som finns i primater. Det uttrycks vanligtvis först i ett tidigt skede av mänsklig utveckling, under de första 8 veckorna av ett embryos liv. Dess starka aktivering i spädbarnets hjärna leder till en katastrofal effekt på genetiskt uttryck. En av konsekvenserna är uttrycket av ett epigenetiskt protein som lägger till modifieringar av DNA. Detta leder till storskaliga förändringar i hela mönstret av DNA-metylering, och därför till onormalt uttryck för alla typer av gener, av vilka många endast måste uttryckas när omogna hjärnceller delar sig under de tidiga stadierna av kroppens utveckling. Så här startar cancerprogrammet 25 i barnets celler.

Sådan kommunikation mellan små RNA och den cellens epigenetiska apparat kan ha en betydande inverkan på andra situationer när en predisposition för cancer utvecklas i celler. Denna mekanism leder förmodligen till att effekten av nedsatt uttryck av små RNA förstärks genom att förändra epigenetiska modifieringar som överförs till dotterceller från modern. Detta är hur ett schema med potentiellt farliga förändringar i karaktären av genuttryck kan bildas.

Hittills har forskare inte räknat ut alla stadier av interaktionen mellan små RNA och epigenetiska processer, men de lyckas ändå få några tips om funktionerna i det som händer. Till exempel visade det sig att en viss klass av små RNA som ökar aggressiviteten hos bröstcancer riktar sig mot vissa enzymer i budbärar -RNA som tar bort viktiga epigenetiska modifieringar. Detta ändrar mönstret för epigenetiska modifieringar i cancercellen och stör ytterligare genetiskt uttryck 26.

Många former av cancer är svåra att spåra hos en patient. Onkologiska processer kan äga rum på svåråtkomliga platser, vilket försvårar provtagningsproceduren. I sådana fall är det svårt för läkaren att övervaka utvecklingen av cancerprocessen och svaret på behandlingen. Ofta tvingas läkare att förlita sig på indirekta mätningar - säg en tomografisk skanning av en tumör. Vissa forskare tror att små RNA -molekyler kan hjälpa till att skapa en ny metod för övervakning av tumörutveckling, vilket också gör det möjligt att studera dess ursprung. När cancerceller dör lämnar små RNA celler när de brister. Dessa små skräpmolekyler bildar ofta komplex med cellulära proteiner eller inslagna i fragment cellmembran... Detta gör dem mycket stabila i flytande media organism, vilket innebär att sådant RNA kan isoleras och analyseras. Eftersom deras antal är små måste forskare använda mycket känsliga analysmetoder. Inget är dock omöjligt här: sekvenseringskänsligheten nukleinsyror ständigt ökar 27. Data har publicerats som bekräftar löftet om detta tillvägagångssätt i förhållande till bröstcancer 28, äggstockscancer 29 och ett antal andra cancerformer. Analys av små cirkulerande RNA hos lungcancerpatienter har visat att dessa RNA hjälper till att skilja mellan patienter med en enda lungknöl (som inte kräver behandling) och patienter som utvecklar maligna tumörknutor (kräver behandling) 30.

A.M. Deichman, S.V. Zinoviev, A.Yu.Baryshnikov

GENE UTTRYCK OCH LITEN RNA I ONKOLOGI

GU RONTs dem. N.N.Blokhina, Russian Academy of Medical Sciences, Moskva

SAMMANFATTNING

Artikeln presenterar rollen för små RNA som styr de flesta av cellens och organismens vitala funktioner och deras möjliga samband, i synnerhet, med onkogenes och andra (inklusive hypotetiska) intracellulära mekanismer för genomiskt uttryck.

Nyckelord: små RNA, RNA-interferens (RNAi), dubbelsträngat RNA (lncRNA), RNA-redigering, onkogenes.

A.M. Deichman, S. V. Zinoviev, A. Yu. Baryshnikov.

ALLMÄNT UTTRYCK OCH SMÅ RNAS I ONKOLOGI

N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS, Moscaj

ABSTRAKT

I pappersrollen av små RNA som övervakar de flesta vitala funktionerna i celler och organismer och eventuell koppling av dem i synnerhet med onkogenes och andra (inklusive hypotetiska) intracellulära mekanismer för genomuttryck läggs fram.

Nyckelord: Små RNA, interferens -RNA (RNAi), dubbelsträngade RNA (dsRNA), RNA -redigering, tumorogenes.

Introduktion

Uttrycket för enskilda gener och hela eukaryotes genom, inklusive bearbetning, olika typer av transkription, splitsning, omarrangemang, RNA -redigering, rekombinationer, translation, RNA -interferens, regleras av vissa proteiner (produkter av regulatoriska, strukturella, homeotiska gener, transkriptionsfaktorer ), mobila element, RNA och lågmolekylära effektorer. Bearbetnings -RNA inkluderar rRNA, tRNA, mRNA, vissa typer av regulatoriska RNA och små RNA.

Hittills är det känt att små RNA inte kodar för ett protein, ofta i hundratals per genom och är involverade i regleringen av uttrycket av olika eukaryota gener (somatiska, immun-, könsceller, stamceller). Differentieringsprocesser är under kontroll (hematopoies, angiogenes, adipogenes, myogenes, neurogenes), morfogenes (inklusive embryonala stadier, utveckling / tillväxt, fysiologisk reglering), proliferation, apoptos, carcinogenes, mutagenes, immunogenes, åldrande (livslängd), epigenetisk ; det har förekommit fall av metabolisk reglering (till exempel glykosfingolipider). En bredare klass av icke-kodande RNA med 20-300 / 500 nukleotider och deras RNP hittades inte bara i kärnan / nukleolus / cytoplasman, utan också i DNA-innehållande cellorganeller (animaliska mitokondrier; i växter, mikro-RNA och konsensussekvenser till kloroplastavskrifter hittades. RNA).

För hantering och reglering av V.N. processer är det viktigt: 1. att det naturliga / artificiella RNA med liten storlek (litet RNA, tRNA, etc.) och deras komplex med proteiner (RNP) har förmåga att transmembrera cellulär och mitokondriell transport; 2. att efter nedbrytningen av mitokondrier kan en del av deras innehåll, RNA och RNP, hamna i cytoplasman och kärnan. De listade egenskaperna hos små RNA (RNP), vars funktionellt betydande roll i studien bara ökar, har uppenbarligen ett samband med vakenhetsfaktorn i förhållande till cancer och andra genetiska sjukdomar. Samtidigt blev den stora betydelsen av epigenomiska kromatinmodifieringar vid tumörernas början tydlig. Vi kommer att överväga endast ett mycket begränsat antal fall av många liknande.

Små RNA

Verkningsmekanismen för små RNA är deras förmåga att nästan komplementärt binda till 3 "otranslaterade regioner (3" UTR) av mRNA-mål (som ibland innehåller DNA / RNA-transponerande MIR / LINE-2-element, liksom konservativa Alu-upprepningar) och orsaka RNA -störning (RNAi = RNAi; i synnerhet vid antiviralt svar). Komplikationen är emellertid att förutom cellulära finns det också viruskodade små RNA (herpes, SV40, andra; EBV innehåller till exempel 23 och KSHV - 12 miRNA) som interagerar med transkript av både viruset och värden. Mer än 5 000 cellulära / virala miRNA ensamma är kända i 58 arter. RNAi initierar antingen nedbrytning (med deltagande av RISC-komplexet, RNA-inducerad Silencing Complex) längs fragment av kontinuerliga lncRNA-strängar som är sårbara för nukleaser (dubbelsträngat RNA-mRNA, etc.), eller delvis reversibel inhibering av intermittent lindad lncRNA under translation av mRNA -mål. Mogna små RNA (~ 15-28 nukleotider) bildas i cytoplasman från deras prekursorer av olika längd (tiotals och hundratals nukleotider) bearbetning i kärnan. Dessutom är små RNA involverade i bildandet av tystnadsstrukturen för kromatin, reglering av transkription av enskilda gener, undertryckning av uttryck av transposoner och underhåll av den funktionella strukturen för utökade regioner av heterokromatin.

Det finns flera huvudtyper av små RNA. De bäst studerade är mikro-RNA (miRNA) och små störande RNA (siRNA). Bland små RNA studeras dessutom följande: piRNA aktiva i könsceller; små interfererande RNA associerade med endogena retrotransposoner och upprepande element (med lokal / global heterokromatisering - utgående från de tidiga stadierna av embryogenes; bibehålla nivån av telomerer), Drosophia rasiRNA; ofta kodad av introner av proteingener och funktionellt viktigt för translation, transkription, splitsning (de- / metylering, pseudouridylering av nukleinsyror) små kärnkraft (snRNA) och nukleolära (snoRNA) RNA; små modulerande RNA, smRNA, med lite kända funktioner som komplementerar till DNA-bindande NRSE (Neuron Restrictive Silenser Element) motiv; transaktiverande små interfererande växt -RNA, tasiRNA; kort hårnål-RNA, shRNA, som ger långsiktig RNAi (stabil genavstängning) av långa lncRNA-strukturer under antiviralt svar hos djur.

Små RNA (miRNA, siRNA, etc.) interagerar med nysyntetiserade nukleära / cytoplasmatiska transkript (reglerande splitsning, translation av mRNA; metylering / pseudouridylering av rRNA, etc.) och kromatin (med tillfälligt lokala och epigenetiskt ärvda heterokromatiska celler). Heterokromatinisering, i synnerhet, åtföljs av DNA-de- / metylering, liksom metylering, acetylering, fosforylering och ubiquitination av histoner (modifiering av "histonkoden").

Den första bland små RNA upptäcktes och studerade miRNA från nematoden Caenorhabditis elegans (lin-4), deras egenskaper och gener, och något senare, miRNA från Arabidopsis thaliana-växten. För närvarande är de associerade med flercelliga organismer, även om de visas i den encelliga algen Chlamydomonas reinhardtii och RNA-liknande vägar för att tysta, i samband med antiviralt / liknande skydd med deltagande av den s.k. psiRNA diskuteras för prokaryoter. Genomerna för många eukaryoter (inklusive Drosophila, människor) innehåller flera hundra gener för miRNA. Dessa steg / vävnadsspecifika gener (liksom motsvarande regioner för mRNA -mål) är ofta mycket homologa i fylogenetiskt avlägsna arter, men några av dem är släktspecifika. miRNA finns i exoner (proteinkodande, RNA-gener), introner (oftast pre-mRNA), intergena distanser (inklusive upprepningar), är upp till 70-120 nukleotider i längd (och mer) och bildar hårnålstrukturer i öglan / stam typ. För att bestämma deras gener används inte bara biokemiska och genetiska, utan också datormetoder.

Den mest karakteristiska längden på "arbetsområdet" för mogna miRNA är 21-22 nukleotider. Dessa är möjligen de vanligaste generna bland de icke-proteinkodande generna. De kan lokaliseras i form av separata kopior (oftare) eller kluster som innehåller många liknande eller olika miRNA -gener, som transkriberas (inte sällan från autonoma promotorer) som en längre föregångare som bearbetas i flera steg till enskilda miRNA. Man tror att det finns ett miRNA -reglerande nätverk som styr många grundläggande biologiska processer (inklusive tumörgenes / metastas); förmodligen regleras minst 30% av uttryckta humana gener av miRNA.

Denna process involverar lncRNA-specifika RNase-III-liknande enzymer Drosha (nukleärt ribonukleas; initierar behandlingen av introniska pre-miRNA efter splitsning av huvudtranskriptet) och Dicer, som fungerar i cytoplasman respektive klyver / bryts ned, hårnål före miRNA (för att mogna miRNA) och senare bildade hybrid miRNA / mRNA strukturer. Små RNA, tillsammans med flera proteiner (inklusive vn. RNaser, proteiner från AGO-familjen, transmetylaser / acetylaser, etc.) och med deltagande av de s.k. RISC- och RITS-liknande komplex (den andra inducerar transkriptionell tystnad) har förmåga att respektive orsaka RNAi / nedbrytning och efterföljande genavstängning vid RNA (före / under translation) och DNA (under heterokromatintranskription) nivåer.

Varje miRNA parar potentiellt med flera mål, och varje mål styrs av ett antal miRNA (som liknar gRNA-medierad pre-mRNA-redigering i trypanosomkinetoplaster). In vitro-analys visade att reglering av miRNA (liksom RNA-redigering) är en viktig posttranskriptionsmodulator för genuttryck. Liknande miRNA som tävlar om ett mål är potentiella transregulatorer av interaktioner mellan RNA-RNA och RNA-protein.

Hos djur studeras miRNA bäst för nematoden Caenorhabditis Elegans; mer än 112 gener har beskrivits. Tusentals endogena siRNA hittades också här (inga gener; särskilt associerade med spermatogenesmedierade transkript och transposoner). Båda små RNA för flercelliga organismer kan genereras av RNA-polymeraser som uppvisar aktivitet (inte homologi) för RdRP-II (som för de flesta andra RNA) och RdRP-III-typer. Mogna små RNA är likartade i sammansättning (inklusive terminal 5 "-fosfater och 3" -OH), längd (vanligtvis 21-22 nukleotider) och funktion, och kan konkurrera om ett enda mål. RNA -nedbrytning och med fullständig målkomplementaritet är emellertid vanligare associerad med siRNA; translationell repression, med partiella, vanligtvis 5-6 nukleotider, komplementaritet med miRNA; och prekursorerna är exo / endogena (hundratals / tusentals nukleotider) för siRNA och vanligtvis endogena (tiotals / hundratals nukleotider) för miRNA och deras biogenes är annorlunda; i vissa system är dessa skillnader dock reversibla.

RNAi, medierat av siRNA och miRNA, har en mängd naturliga roller: från att reglera genuttryck och heterokromatin till att skydda genomet mot transposoner och virus; men siRNA och några miRNA bevaras inte mellan arter. I växter (Arabidopsis thaliana) hittades följande: siRNA motsvarande både gener och intergena (inklusive distanser, upprepningar) regioner; ett stort antal potentiella genomplatser för olika typer av små RNA. Hos nematoder är den s.k. variabel autonomt uttryckta 21Y-RNA (dasRNA); de har 5 "-Y monofosfat, utgör 21 nukleotider (20 av dem är variabla) och ligger mellan eller inuti intronen av proteinkodande gener på mer än 5700 platser i två regioner i kromosom IV.

MiRNA spelar en viktig roll för genuttryck vid hälsa och sjukdom; hos människor - minst 450-500 av dessa gener. Binder vanligtvis med 3 "-UTO-regioner av mRNA (andra mål), de kan selektivt och kvantitativt (i synnerhet vid avlägsnande av produkter från låguttryckta gener från cirkulation), blockera arbetet hos vissa gener och aktiviteten hos andra gener. RNA (och deras mål) förändras dynamiskt under ontogenes, differentiering av celler och vävnader. Dessa förändringar är specifika, särskilt under kardiogenes, processen att optimera storleken på dendritlängden och antalet nervcellsynapser (med deltagande av miRNA-134, andra små RNA). utvecklingen av många patologier (onkogenes, immundefekter, genetiska sjukdomar, parkinsonism, Alzheimers sjukdom, oftalmiska störningar (retinoblastom, etc.) i samband med infektioner av olika natur) Det totala antalet detekterade miRNA växer mycket snabbare än beskrivningen av deras reglerande roll och koppling till specifika mål ...

Datoranalys förutsäger hundratals mRNA -mål för enskilda miRNA och reglering av enskilda mRNA med flera miRNA. Således kan miRNA tjäna syftet att eliminera transkript av målgener eller finjustera deras uttryck på transkriptionella / translationella nivåer. Teoretiska överväganden och experimentella resultat stöder förekomsten av olika roller för miRNA.

En mer komplett lista över aspekter relaterade till små RNA: s grundläggande roll i eukaryoter i tillväxt- / utvecklingsprocesser och i vissa patologier (inklusive cancerepigenomik) återspeglas i översynen.

Små RNA i onkologi

Processer för tillväxt, utveckling, progression och metastaser av tumörer åtföljs av många epigenetiska förändringar utvecklas till mer sällsynta ihållande ärftliga genetiska förändringar. Sällsynta mutationer kan dock ha stor vikt (för en specifik individ, nosologi), eftersom i förhållande till enskilda gener (till exempel APC, K-ras, p53), den s.k. "tratt" -effekten i samband med nästan irreversibel utveckling / konsekvenser av cancer. Tumörspecifik med avseende på uttrycksprofilen för olika gener (proteiner, RNA, små RNA), heterogeniteten hos stamceller beror på konjugerade variationer i de omarrangerade epigenomiska strukturerna. Epigenomen moduleras genom metylering, posttranslationella modifieringar / substitutioner av histoner (för icke-kanoniska sådana), ombyggnad av nukleosomstrukturen hos gener / kromatin (inklusive genomisk prägling, dvs dysfunktion av uttrycket av alleler av föräldragener och X- kromosomer). Allt detta, och med deltagande av RNAi reglerat av små RNA, leder till uppkomsten av defekta heterokromatin (inklusive hypometylerad centromer) strukturer.

Bildandet av genspecifika mutationer kan föregås av den kända ackumuleringen av hundratusentals somatiska klonala mutationer i enkla upprepningar eller mikrosatelliter i den icke-kodande (sällan kodande) regionen, åtminstone i tumörer med en mikrosatellitmutatorfenotyp (MMP) ; de utgör en betydande del av kolorektal, liksom cancer i lungor, mage, endometrium, etc. Instabila mono- / heteronu(poly-A6-10, liknande.) än i kodning (exoner) regioner i genom av mikrosatellit-instabil, MSI +, tumörer. Även om utseendet och lokaliseringsmekanismerna för MS-stabila / instabila regioner inte är helt klara, korrelerade bildandet av MS-instabilitet med frekvensen av mutationer av många gener som inte tidigare hade muterat i MSI + -tumörer och förmodligen , kanaliserade deras progressionsvägar; Dessutom ökade frekvensen av MSI -upprepade mutationer i dessa tumörer med mer än två storleksordningar. Alla gener har inte analyserats för förekomst av upprepningar, men graden av deras mutabilitet i kodande / icke-kodande regioner är annorlunda, och noggrannheten i metoder för att bestämma frekvensen av mutationer är relativ. Det är viktigt att de icke -kodande regionerna för MSI -mutabla upprepningar ofta är bialleliska och de kodande regionerna är monoalleliska.

En global minskning av metylering i tumörer är karakteristisk för upprepningar, mobila element (ME; deras transkription ökas), promotorer, CpG -ställen för tumörsuppressor miRNA -gener och korrelerar med hypertranskription av retrotransposoner i progressiva cancerceller. Normalt är metylomvibrationer associerade med föräldra / scen / vävnadsspecifika metyleringsvågor och stark metylering av centromera satellitregioner av heterokromatin, reglerat av små RNA. När satelliter undermetyleras åtföljs den resulterande instabiliteten av kromosomer av ökad rekombination, och avbrott i ME -metylering kan utlösa deras uttryck. Dessa faktorer gynnar utvecklingen av tumörfenotypen. Liten RNA -terapi kan vara mycket specifik, men måste kontrolleras därför målen kan inte bara vara individuella, utan också många mRNA / RNA -molekyler och nysyntetiserade RNA från olika (inklusive icke -kodande intergena upprepningar) regioner av kromosomer.

Det mesta av det mänskliga genomet består av upprepningar och ME. Retrotransposon L1 (LINE-element) innehåller, liksom endogena retrovirus, revertas (RTase), endonukleas och är potentiellt kapabel att överföra icke-autonoma (Alu, SVA, etc.) retroelement; Ljuddämpning av L1 / liknande element sker som ett resultat av metylering vid CpG -ställen. Observera att bland CpG-ställena i genomet metyleras CpG-öarna för genpromotorer och 5-metylcytosin i sig är en potentiellt mutagen bas som deamineras till tymin (kemiskt eller med deltagande av RNA / (DNA) redigering, DNA-reparation) ; Vissa av CpG -öarna är dock mottagliga för överdriven avvikande metylering, åtföljt av förtryck av suppressorgener och utveckling av cancer. Vidare: det RNA-bindande proteinet som kodas av L1, interagerar med proteiner AGO2 (från Argo-naute-familjen) och FMRP (bräcklig mental retardation, ett protein av effektor RISC-komplexet), främjar rörelsen av L1-elementet, vilket indikerar en möjlig ömsesidig reglering av systemen RNAi och omplacering av mänskliga LINE -element. Det är särskilt viktigt att Alu -upprepningar kan flytta till intron / exon -utrymmet för gener.

Dessa och liknande mekanismer kan förbättra den patologiska plasticiteten hos tumörcellgenomet. Undertryckning av RTas (kodat, som endonukleas, av L1 -element; RTase är också kodat av endogena retrovirus) av RNAi -mekanismen åtföljdes av en minskning av spridning och ökad differentiering i ett antal cancercellinjer. När L1-elementet infördes i en protooncogen- eller suppressorgen, observerades dubbelsträngade DNA-brytningar. I vävnaderna i det embryonala området (möss / människor) ökar nivån av L1-uttryck, och dess metylering beror på piRNAs- (26-30-bp)- ett associerat ljuddämpningssystem, där PIWI-proteiner är varianter av en stor familj av proteiner Argo-naute, mutationer som leder till demetylering / derepression av L1 / liknande element med långa terminala repetitioner. RasiRNA-tystnadsvägar är associerade med PIWI-proteiner i större utsträckning än med Dicer-1/2 och Ago-proteiner. De piRNA / siRNA-medierade tystnadsvägarna realiseras genom intranukleära kroppar som innehåller stora evolutionärt bevarade multiprotein-PcG-komplex, vars funktioner ofta störs i tumörceller. Dessa komplex är ansvariga för långväga åtgärder (efter mer än 10 kbp, mellan kromosomer) och reglerar klustret av HOX-gener, som är ansvariga för planen för kroppsstrukturen.

Nya principer för antisense-terapi kan utvecklas med hänsyn till kunskapen om mer högspecifika (än histonmodifierande hämmare av DNA / proteinmetylering) antitumörepigenomiska medel, de grundläggande principerna för epigenomisk RNA-tystnad och små RNA: s roll i cancerframkallande.

Mikro-RNA i onkologi

Det är känt att en ökning av tumörtillväxt och metastaser kan åtföljas av en ökning av vissa och en minskning av uttrycket för andra individer / uppsättningar miRNA (tabell 1). Några av dem kan ha en kausal roll i onkogenes; och till och med samma miRNA (som miR -21 / -24) i olika tumörceller kan uppvisa både onkogena och undertryckande egenskaper. Varje typ av mänsklig malign tumör utmärks väl av sitt "miRNA-avtryck", och vissa miRNA kan fungera som onkogener, tumörsuppressorer, initiativtagare till cellmigration, invasion och metastasering. I sjuka vävnader finns ofta ett minskat antal viktiga miRNA, troligen inblandade i försvarssystem mot cancer. MiRNA (miR) som deltar i onkogenes har bildat konceptet med den s.k. Oncomir: analys av uttrycket av mer än 200 miRNA från över 1000 prover av lymfom och fasta cancer gjorde det möjligt att framgångsrikt klassificera tumörer i subtyper beroende på deras ursprung och differentieringsstadium. Funktionerna och rollen för miRNA har framgångsrikt studerats med användning av: anti-miR-oligonukleotider modifierade (för att öka livslängden) vid 2 "-O-metyl- och 2" -O-metoxietylgrupper; liksom LNA -oligonukleotider, i vilka syreatomerna i ribos i positionerna 2 "och 4" är länkade med en metylenbrygga.

(bord 1) ……………….

Tumör	miRNA
Lungcancer	17-92 , låt-7 ↓ , 124a ↓ , 126 ↓ , 143 ↓ , 145 ↓ , 155 , 191 , 205 , 210
Bröstcancer	21 , 125b ↓ , 145 ↓ , 155
Prostatacancer	15a ↓ , 16-1 ↓ , 21 , 143 ↓ ,145 ↓
Tarmcancer	19a , 21 , 143 ↓ , 145 ↓
Bukspottkörtelcancer	21 , 103 , 107 , 155 v
Äggstockscancer	210
Kronisk lymfatisk leukemi	15a ↓ , 16-1 ↓ , 16-2 , 23 b , 24-1 , 29 ↓ , 146 , 155 , 195 , 221 , 223 ↓

bord 1 .

miRNA vars uttryck ökar () eller minskar ( ↓ ) i några av de vanligare tumörerna jämfört med normala vävnader (se också).

Det antas att den regulatoriska rollen för expression, försvinnande och amplifiering av miRNA -gener i predispositionen för initiering, tillväxt och progression av de flesta tumörer är signifikant, och mutationer i miRNA / mRNA -målpar synkroniseras. Uttrycksprofilen för miRNA kan användas för klassificering, diagnos och klinisk prognos inom onkologi. Förändringar i miRNAs uttryck kan påverka cellcykeln, cellens överlevnadsprogram. Mutationer av miRNA i stam- och somatiska celler (liksom urvalet av polymorfa varianter av mRNA -mål) kan bidra till eller till och med spela en kritisk roll i tillväxt, progression och patofysiologi hos många (om inte alla) maligna neoplasmer. Korrigering av apoptos är möjlig med miRNA.

Förutom enskilda miRNA hittades deras kluster som fungerar som en onkogen som framkallar utvecklingen av i synnerhet hematopoetisk vävnadscancer hos försöksmöss; gener av miRNA med onkogena och undertryckande egenskaper kan lokaliseras i ett kluster. Klusteranalys av miRNAs uttrycksprofiler i tumörer gör det möjligt att bestämma dess ursprung (epitel, hematopoietisk vävnad, etc.) och klassificera olika tumörer i samma vävnad med icke-identiska transformationsmekanismer. Uttrycksprofilen för miRNA kan bedömas med hjälp av nano / mikroarrayer; noggrannheten i en sådan klassificering, när man räknar ut tekniken (vilket inte är lätt), visar sig vara högre än vid användning av mRNA -profiler. Några av miRNA är inblandade i differentiering av hematopoetiska celler (mus, människa), vilket initierar utvecklingen av cancerceller. Mänskliga miRNA-gener finns ofta i de sk. ”Bräckliga” platser, områden med en övervägande deletioner / infogningar, punktbrytningar, translokationer, transpositioner, minimalt raderade och förstärkta heterokromatinregioner som är inblandade i onkogenes.

Angiogenes ... MiRNA: s roll i angiogenes är sannolikt betydande. En ökning av angiogenes i vissa Myc-aktiverade humana adenokarcinom åtföljdes av en förändring i uttrycksmönstret för vissa miRNA, medan knockdown av gener av andra miRNA ledde till en försvagning och undertryckande av tumörtillväxt. Tumörtillväxt åtföljdes av mutationer i K-ras-, Myc- och TP53-gener, ökad produktion av angiogen VEGF-faktor och graden av Myc-associerad vaskularisering; de antiangiogena faktorerna Tsp1 och CTGF inhiberades av miR-17-92 och andra klusterassocierade miRNA. Tumörangiogenes och vaskularisering förbättrades (i synnerhet i kolonocyter) vid samuttryck av två onkogener i större utsträckning än en.

Neutralisering av den antiangiogena faktorn LATS2, en hämmare av animaliskt cyklinberoende kinas (CDK2; människa / mus), med användning av miRNAs-372 /373 ("potentiella onkogener") stimulerade tillväxten av testikeltumörer utan att skada p53-genen.

Potentiella modulatorer av angiogena egenskaper (in vitro / in-vivo) är miR-221 /222, vars mål, c-Kit-receptorer (andra), är faktorer för angiogenes av endoteliala venösa HUVEC-celler i navelsträngen etc. Dessa miRNA och c-Kit interagerar inom en komplex cykel som styr endotelcellernas förmåga att bilda nya kapillärer.

Kronisk lymfatisk leukemi (CL). Vid kronisk B-cell kronisk lymfatisk leukemi (CLL) noteras en minskad uttrycksnivå för miR-15a / miR-16-1 (och andra) gener i 13q14-regionen i den mänskliga kromosomen-platsen för den vanligaste strukturella abnormiteter (inklusive raderingar av 30 kb-regionen), även om genomet uttryckte hundratals mogna och humana pre-miRNA. Båda miRNA, potentiellt effektiva vid tumörterapi, innehöll antisensregioner av det anti-apoptotiska proteinet Bcl2, undertryckte dess överuttryck / uttryck och stimulerade apoptos, men var nästan / helt frånvarande i två tredjedelar av CLL-celler som var "ur balans". Frekventa mutationer av sekvenserade miRNA i stam / somatiska celler identifierades hos 11 av 75 patienter (14,7%) med en familjär predisposition för CLL (arvsmod okänt), men inte hos 160 friska patienter. Dessa observationer antyder en direkt funktion av miRNA i leukemogenes. För närvarande är inte allt känt om sambandet mellan expressionsnivåerna för miRNA -gener (och deras funktioner) och andra gener i normala / tumörceller.

Dokumentera

Relevans. Dysfunktion i ansiktsnerven under operation på parotidspottkörteln är ett av de brådskande problemen och bestäms av både förekomsten av sjukdomen och den signifikanta frekvensen

Dawson Church - ett geni i dina gener epigenetisk medicin och den nya avsiktsboken från biblioteket www e - puzzle ru bok från biblioteket www e - puzzle ru innehållsförteckning

bok

Etik andlighet onkologi hiv p garyaev * a enfi CV

Dokumentera

Denna artikel återspeglar en ny titt på problemet med onkologi och HIV-infektion mot bakgrund av Linguistic Wave Genetics (LWG) och Theory of Essential Coding (ISC) baserat på materialet från ryska och andra sociokulturella verkligheter.

Cancer Research Center och Blokhin Odintsova anastasia sergeevna nya kemoterapier för avancerad och återkommande livmoderhalscancer 14 01 12 - onkologi

Avhandling

4.4. Bestämning av genen för isoenzymet uridin -glukoronyltransferas (UGT1A1) i blodserumet hos patienter med livmoderhalscancer som fick kemoterapi av första linjen irinotekan med platinaderivat 105

Små RNA som bildar hårnålar eller korta RNA som bildar hårnålar (shRNA kort hårnål -RNA, små hårnåls -RNA) är korta RNA -molekyler som bildar täta hårnålar i den sekundära strukturen. ShRNA kan användas för att stänga av uttryck ... ... Wikipedia

RNA -polymeras- från en T. aquaticus -cell under replikering. Vissa element i enzymet görs transparenta och RNA- och DNA -strängarna syns tydligare. Magnesiumjonen (gul) är lokaliserad på enzymets aktiva plats. RNA -polymeras är ett enzym som utför ... ... Wikipedia

RNA -störning- Leverans av små RNA som innehåller hårnålar med hjälp av en vektor baserad på lentivirus och mekanismen för RNA -störning i däggdjursceller RNA -störning (en ... Wikipedia

RNA -gen- Icke-kodande RNA (ncRNA) är RNA-molekyler som inte översätts till proteiner. Den tidigare använda synonymen, små RNA (smRNA, små RNA), används för närvarande inte, eftersom vissa icke-kodande RNA kan vara mycket ... ... Wikipedia

Små kärn -RNA- (snRNA, snRNA) En klass av RNA som finns i kärnan i eukaryota celler. De transkriberas av RNA -polymeras II eller RNA -polymeras III och är involverade i viktiga processer som splitsning (avlägsnande av introner från omoget mRNA), reglering ... Wikipedia

Små nukleolära RNA- (snoRNA, engelska snoRNA) en klass av små RNA som är involverade i kemiska modifieringar (metylering och pseudouridylering) av ribosomala RNA, samt tRNA och små kärn -RNA. Enligt MeSH -klassificeringen betraktas små nukleolära RNA som en undergrupp ... ... Wikipedia

litet kärnkraftigt (lågmolekylärt kärn -RNA)- En omfattande grupp (105 106) av små kärn -RNA (100 300 nukleotider), associerade med heterogen kärn -RNA, är en del av kärnans små ribonukleoproteingranuler; M.Ya.RNA är en nödvändig komponent i skarvningssystemet ... ...

litet cytoplasmatiskt RNA- Små (100-300 nukleotider) RNA-molekyler lokaliserade i cytoplasman, liknande små kärn-RNA. [Arefiev V.A., Lisovenko L.A. Engelska ryska förklarande ordbok genetiska termer 1995 407s.] Genetikämnen EN scyrpssmå cytoplasmatisk ... ... Teknisk översättarguide

liten nukleär RNA klass U- En grupp protein-associerade små (från 60 till 400 nukleotider) RNA-molekyler som utgör en betydande del av det skarvade innehållet och deltar i processen för intron excision; 4 av 5 välstuderade typer av Usn RNA U1, U2, U4 och U5 har 5 ... ... Teknisk översättarguide

RNA -biomarkörer- * RNA -biomarkörer * RNA -biomarkörer stor mängd mänskliga transkript som inte kodar för proteinsyntes (nsbRNA eller npcRNA). I de flesta fall är små (miRNA, snoRNA) och långa (antisense RNA, dsRNA och andra typer) RNA -molekyler ... ... Genetik. encyklopedisk ordbok

Böcker

• Köp för 1877 UAH (endast Ukraina)
• Klinisk genetik. Lärobok (+ CD), Bochkov Nikolay Pavlovich, Puzyrev Valery Pavlovich, Smirnikhina Svetlana Anatolyevna. Alla kapitel har reviderats och kompletterats i samband med utvecklingen av medicinsk vetenskap och praktik. Kapitel om multifaktoriella sjukdomar, förebyggande, behandling av ärftliga sjukdomar, ...