Ce este interferența ARN? Acest termen se referă la un sistem de control al activității genelor în celulele eucariote. Un proces similar are loc datorită moleculelor scurte (nu mai mult de 25 de nucleotide pe lanț) de acid ribonucleic.
Interferența ARN este caracterizată prin inhibarea post-transcripțională a expresiei genelor prin distrugerea sau deadenilarea ARNm.
Semnificație
A fost găsit în celulele multor eucariote: ciuperci, plante, animale.
Interferența ARN este considerată o modalitate importantă de a proteja celulele de viruși. Ea participă la procesul de embriogeneză.
Datorită naturii puternice și selective a efectului acidului ribonucleic asupra expresiei genelor, pot fi efectuate cercetări biologice serioase în organismele vii, culturile celulare.
Anterior, interferența ARN avea un alt nume - cosupresia. După un studiu detaliat al acestui proces, primirea Premiului Nobel pentru Medicină pentru studiul mecanismului apariției lui de către Andrew Fire și Craig Melo, acest proces a fost redenumit.
Istorie
Ce este interferența ARN? Descoperirea sa se datorează unei observații preliminare serioase sub influențainhibarea expresiei ARN antisens în genele plantelor.
Câtva timp mai târziu, oamenii de știință americani au obținut rezultate uimitoare atunci când transgenele au fost introduse în petunii. Cercetătorii au încercat să modifice planta analizată în așa fel încât să dea florilor o nuanță mai saturată. Pentru a face acest lucru, au introdus în celule copii suplimentare ale genei pentru enzima chalcon sintetaza, care este responsabilă de formarea pigmentului violet.
Dar rezultatele studiului au fost complet imprevizibile. În loc de întunecarea dorită a corolei petuniei, florile acestei plante au devenit albe. Scăderea activității enzimei calcon sintetazei a fost denumită cosupresie.
Puncte importante
Următoarele experimente au dezvăluit efectul asupra acestui proces de inhibare post-transcripțională a expresiei genelor din cauza creșterii nivelului de degradare a ARNm.
La acea vreme se știa că acele plante care exprimă proteine speciale nu sunt susceptibile la infecția cu virus. S-a stabilit experimental că obținerea unei astfel de rezistențe se realizează prin introducerea unei secvențe scurte necodante de ARN viral în gena plantei.
Interferența ARN, al cărei mecanism nu este încă pe deplin înțeles, a fost numită „tăcere genică indusă de virus”.
Biologii au început să numească suma acestor fenomene inhibiție post-transcripțională a expresiei genelor.
Andrew Fire și colegii săi au reușit să demonstreze legătura dintre un fenomen similar și introducerea unui set deARN și antisens formând ARN dublu catenar. Ea a fost cea care a fost recunoscută drept principalul motiv pentru apariția procesului descris.
Caracteristici ale mecanismelor moleculare
Proteina Giardia intestinalis Dicer este catalizată prin tăierea ARN-ului dublu catenar pentru a produce mici fragmente de ARN interferente. Domeniul ARNază este verde, domeniul PAZ este galben și helixul de legare este albastru.
Aplicarea interferenței ARN se bazează pe căi exogene și endogene.
Primul mecanism se bazează pe genomul virusului sau este rezultatul experimentelor de laborator. Un astfel de ARN este tăiat în fragmente mici în citoplasmă. Al doilea tip se formează în timpul exprimării genelor individuale ale unui organism viu, de exemplu, pre-micro ARN. Implica crearea unor structuri specifice stem-loop în nucleu, formând ARNm care interacționează cu complexul RISC.
ARN-uri interferente mici
Sunt lanțuri formate din 20-25 de nucleotide cu proeminențe de nucleotide la capete. Fiecare lanț are un fragment hidroxil la capătul 3’ și o grupare fosfat la fragmentul 5’. O structură de acest tip se formează ca urmare a acțiunii enzimei Dicer asupra acelor de păr care conțin ARN. După scindare, fragmentele devin parte a complexului catalitic. Proteina argonaut desfășoară treptat duplexul ARN, ceea ce contribuie la lăsarea unei singure catene „ghid” în RISC. Acesta permite complexului efector să caute un ARNm țintă specific. La alăturareAre loc degradarea complexului ARNm siRNA-RISC.
Aceste molecule hibridizează cu un tip de ARNm țintă, rezultând scindarea moleculei.
mARN
Interferența ARN și protecția plantelor sunt procese interdependente.
ARNm este format din 21-22 de nucleotide consecutive de origine endogenă, care sunt implicate în procesul de dezvoltare individuală a organismelor. Genele sale sunt transcrise pentru a forma transcrieri primare lungi ale transcriptelor pri-miARN. Aceste structuri au forma unei tulpini-bucle, lungimea lor este formată din 70 de nucleotide. Acestea conțin o enzimă cu activitate RNază, precum și o proteină capabilă să lege ARN-ul dublu catenar. În plus, are loc transportul către citoplasmă, unde ARN-ul rezultat devine un substrat pentru enzima Dicer. Procesarea poate avea loc în moduri diferite, în funcție de tipul de celulă.
Așa funcționează interferența ARN. Aplicarea procesului nu a fost încă explorată pe deplin.
De exemplu, a fost posibil să se stabilească posibilitatea unei căi diferite de procesare a ARNm, care nu depinde de Diser. În acest caz, molecula este tăiată de proteina argonaut. Diferența dintre miARN și siARN este capacitatea de a inhiba translația cu mai multe ARNm diferite care conțin secvențe similare de aminoacizi.
Complex efector RISC
interferență ARN,ale căror funcții biologice permit rezolvarea multor probleme legate de complexul proteic, care asigură scindarea ARNm în timpul interferenței. Complexul RISC promovează diviziunea ATP în mai multe fragmente.
Cu ajutorul analizei de difracție de raze X, s-a determinat că prin intermediul unui astfel de complex procesul este accelerat semnificativ. Partea sa catalitică este considerată a fi proteine argonaut, care sunt localizate în anumite locuri din citoplasmă. Astfel de corpi P reprezintă zone cu niveluri semnificative de degradare a ARN; în ele a fost detectată cea mai mare activitate de ARNm. Distrugerea unor astfel de complexe este însoțită de o scădere a eficienței procesului de interferență ARN.
Metode de suprimare a transcripției
Pe lângă acțiunea sa la nivel de inhibare a translației, ARN-ul are și un efect asupra transcripției genelor. Unii eucariote folosesc acest mod pentru a asigura stabilitatea structurii genomului. Datorită modificării histonelor, este posibilă reducerea expresiei genelor într-o anumită zonă, deoarece o astfel de piesă trece sub formă de heterocromatina.
Interferența ARN și rolul său biologic este o problemă importantă care merită un studiu și o analiză serios. Pentru a efectua cercetări, sunt luate în considerare acele secțiuni ale lanțului care sunt responsabile pentru tipul de asociere.
De exemplu, pentru drojdie, suprimarea transcripției este realizată tocmai de complexul RISC, care conține fragmentul Chp1 cu cromodomeniul, argonaut și o proteină care arefuncție necunoscută Tas3.
Pentru a induce formarea regiunilor heterocromatine, este necesară enzima Dicer, ARN polimeraza. Divizarea unor astfel de gene duce la o încălcare a metilării histonelor, duce la o încetinire a diviziunii celulare sau la oprirea completă a acestui proces.
editare ARN
Cea mai comună formă a acestui proces la eucariotele superioare este procesul de conversie a adenozinei în inozină, care are loc în dublu catenă de ARN. Pentru a realiza o astfel de transformare se folosește enzima adenozin deaminaza.
La începutul secolului XXI, a fost înaintată o ipoteză, conform căreia, mecanismul interferenței ARN și editarea moleculei au fost recunoscute drept procese competitive. Studiile la mamifere sugerează că editarea ARN-ului poate preveni tăcere transgenelor.
Diferențe între organisme
Constă în capacitatea de a percepe ARN străin, aplicați-le în timpul interferenței. Pentru plante, acest efect este sistemic. Chiar și în cazul unei introduceri ușoare de ARN, o anumită genă este suprimată în tot corpul. Prin această acțiune, semnalul ARN este transmis între alte celule. ARN polimeraza participă la amplificarea sa.
Între organisme există o diferență în utilizarea genelor străine în procesul de interferență ARN.
La plante, procesul de transport siARN are loc prin plasmodesmate. Moștenirea unor astfel de efecte ARN este asigurată prin metilarea promotorilor anumitor gene.
Principala diferență dintre acest mecanism șiplantele este idealitatea complementarității lor mARN, care, împreună cu complexul RISC, contribuie la degradarea completă a acestei molecule.
Funcții biologice
Sistemul în cauză este o componentă importantă a răspunsului imun la materiale străine. De exemplu, plantele au mai mulți analogi ai proteinei Dicer, care sunt folosiți pentru a lupta împotriva numeroaselor organisme virale.
ARN poate fi considerat un mecanism de apărare antiviral dobândit de plante care este declanșat în întregul organism.
În ciuda faptului că în celulele animale se exprimă mult mai puțină proteină Dicer, putem vorbi despre participarea ARN-ului la răspunsul antiviral.
În prezent, răspunsurile imune care apar în corpul oamenilor și al animalelor au fost parțial studiate.
Biologii continuă cercetările, încercând nu numai să fundamenteze mecanismele apariției lor, ci și să găsească modalități de a influența interacțiunile imune. În cazul unei explicații cu succes a tuturor nuanțelor interferenței ARN, oamenii de știință vor putea controla aceste reacții biochimice și vor putea crea mecanisme de protecție împotriva corpurilor străine.
