Cos'è l'interferenza dell'RNA? Questo termine si riferisce a un sistema per controllare l'attività dei geni nelle cellule eucariotiche. Un processo simile si verifica a causa di molecole corte (non più di 25 nucleotidi per catena) di acido ribonucleico.
L'interferenza dell'RNA è caratterizzata dall'inibizione post-trascrizionale dell'espressione genica attraverso la distruzione o la deadenilazione dell'mRNA.
Significato
È stato trovato nelle cellule di molti eucarioti: funghi, piante, animali.
L'interferenza dell'RNA è considerata un modo importante per proteggere le cellule dai virus. Partecipa al processo di embriogenesi.
A causa della natura potente e selettiva dell'effetto dell'acido ribonucleico sull'espressione genica, è possibile condurre una seria ricerca biologica negli organismi viventi e nelle colture cellulari.
In precedenza, l'interferenza dell'RNA aveva un nome diverso: cosoppressione. Dopo uno studio dettagliato di questo processo, ricevendo il Premio Nobel per la Medicina per lo studio del meccanismo del suo verificarsi da parte di Andrew Fire e Craig Melo, questo processo è stato rinominato.
Cronologia
Cos'è l'interferenza dell'RNA? La sua scoperta è dovuta a una seria osservazione preliminare sotto l'influenza diinibizione dell'espressione dell'RNA antisenso nei geni delle piante.
Qualche tempo dopo, gli scienziati americani ottennero risultati sorprendenti quando i transgeni furono introdotti nelle petunie. I ricercatori hanno cercato di modificare la pianta analizzata in modo da conferire ai fiori una tonalità più satura. Per fare ciò, hanno introdotto nelle cellule copie aggiuntive del gene per l'enzima calcone sintasi, che è responsabile della formazione del pigmento viola.
Ma i risultati dello studio erano completamente imprevedibili. Invece del desiderato oscuramento della corolla della petunia, i fiori di questa pianta sono diventati bianchi. La diminuzione dell'attività dell'enzima calcone sintasi è stata definita cosoppressione.
Punti importanti
I seguenti esperimenti hanno rivelato l'effetto su questo processo di inibizione post-trascrizionale dell'espressione genica a causa di un aumento del livello di degradazione dell'mRNA.
A quel tempo si sapeva che quelle piante che esprimono proteine speciali non sono suscettibili all'infezione da virus. È stato sperimentalmente stabilito che l'ottenimento di tale resistenza si ottiene introducendo una breve sequenza non codificante di RNA virale nel gene della pianta.
L'interferenza dell'RNA, il cui meccanismo non è ancora completamente compreso, è stata chiamata "silenziamento genico indotto da virus".
I biologi hanno cominciato a chiamare la somma di tali fenomeni inibizione post-trascrizionale dell'espressione genica.
Andrew Fire e i suoi colleghi sono riusciti a dimostrare la connessione tra un fenomeno simile e l'introduzione di un insieme semanticoRNA e antisenso che formano RNA a doppio filamento. È stata lei a essere riconosciuta come la ragione principale della comparsa del processo descritto.
Caratteristiche dei meccanismi molecolari
La proteina Dicer di Giardia intestinalis viene catalizzata tagliando l'RNA a doppio filamento per produrre piccoli frammenti di RNA interferenti. Il dominio RNAasi è verde, il dominio PAZ è giallo e l'elica di legame è blu.
L'applicazione dell'interferenza dell'RNA si basa su percorsi esogeni ed endogeni.
Il primo meccanismo si basa sul genoma del virus o è il risultato di esperimenti di laboratorio. Tale RNA viene tagliato in piccoli frammenti nel citoplasma. Il secondo tipo si forma durante l'espressione dei singoli geni di un organismo vivente, ad esempio il pre-micro RNA. Implica la creazione di specifiche strutture staminali-ansa all'interno del nucleo, formando mRNA che interagiscono con il complesso RISC.
Piccoli RNA interferenti
Sono catene composte da 20-25 nucleotidi con sporgenze nucleotidiche alle estremità. Ciascuna catena ha una parte ossidrile all'estremità 3' e un gruppo fosfato alla parte 5'. Una struttura di questo tipo si forma come risultato dell'azione dell'enzima Dicer su forcine per capelli contenenti RNA. Dopo la scissione, i frammenti diventano parte del complesso catalitico. La proteina argonaut svolge gradualmente il duplex di RNA, che contribuisce a lasciare un solo filamento "guida" nel RISC. Consente al complesso effettore di cercare un mRNA bersaglio specifico. Quando ti uniscisi verifica la degradazione dell'mRNA del complesso siRNA-RISC.
Queste molecole si ibridano con un tipo di mRNA bersaglio, provocando la scissione della molecola.
mRNA
L'interferenza dell'RNA e la protezione delle piante sono processi correlati.
mRNA è costituito da 21-22 nucleotidi consecutivi di origine endogena, che sono coinvolti nel processo di sviluppo individuale degli organismi. I suoi geni vengono trascritti per formare lunghe trascrizioni primarie di trascrizioni di pri-miRNA. Queste strutture hanno la forma di un anello stelo, la loro lunghezza è composta da 70 nucleotidi. Contengono un enzima con attività RNasi, nonché una proteina in grado di legare l'RNA a doppio filamento. Inoltre, avviene il trasporto al citoplasma, dove l'RNA risultante diventa un substrato per l'enzima Dicer. L'elaborazione può avvenire in modi diversi, a seconda del tipo di cella.
Questo è il modo in cui funziona l'interferenza dell'RNA. L'applicazione del processo non è stata ancora completamente esplorata.
Ad esempio, è stato possibile stabilire la possibilità di un diverso percorso di elaborazione dell'mRNA, che non dipende da Diser. In questo caso, la molecola viene tagliata dalla proteina argonauta. La differenza tra miRNA e siRNA è la capacità di inibire la traduzione con diversi mRNA che contengono sequenze di aminoacidi simili.
Complesso effettore RISC
Interferenza RNA,le cui funzioni biologiche consentono di risolvere molti problemi legati al complesso proteico, che assicura la scissione dell'mRNA durante l'interferenza. Il complesso RISC promuove la divisione dell'ATP in diversi frammenti.
Con l'aiuto dell'analisi di diffrazione dei raggi X, è stato determinato che per mezzo di un tale complesso il processo è notevolmente accelerato. La sua parte catalitica è considerata proteine dell'argonaut, che sono localizzate in determinati punti del citoplasma. Tali corpi P rappresentano aree con livelli significativi di degradazione dell'RNA; è in esse che è stata rilevata la più alta attività dell'mRNA. La distruzione di tali complessi è accompagnata da una diminuzione dell'efficienza del processo di interferenza dell'RNA.
Metodi di soppressione della trascrizione
Oltre alla sua azione a livello di inibizione traslazionale, l'RNA ha anche un effetto sulla trascrizione genica. Alcuni eucarioti usano questo modo per garantire la stabilità della struttura del genoma. Grazie alla modifica degli istoni, è possibile ridurre l'espressione genica in una determinata area, poiché un tale pezzo passa nella forma di eterocromatina.
L'interferenza dell'RNA e il suo ruolo biologico è una questione importante che merita uno studio e un'analisi seri. Per condurre la ricerca, vengono prese in considerazione le sezioni della catena responsabili del tipo di abbinamento.
Ad esempio, per il lievito, la soppressione della trascrizione viene effettuata proprio dal complesso RISC, che contiene il frammento Chp1 con il cromodominio, argonauta, e una proteina che hafunzione sconosciuta Tas3.
Per indurre la formazione di regioni eterocromatine, è necessario l'enzima Dicer, l'RNA polimerasi. La divisione di tali geni porta a una violazione della metilazione dell'istone, porta a un rallentamento della divisione cellulare o all'arresto completo di questo processo.
Modifica dell'RNA
La forma più comune di questo processo negli eucarioti superiori è il processo di conversione dell'adenosina in inosina, che si verifica nel doppio filamento di RNA. Per eseguire tale trasformazione, viene utilizzato l'enzima adenosina deaminasi.
All'inizio del XXI secolo fu avanzata un'ipotesi secondo la quale i meccanismi di interferenza dell'RNA e l'editing della molecola fossero riconosciuti come processi competitivi. Studi sui mammiferi suggeriscono che l'editing dell'RNA può prevenire il silenziamento del transgene.
Differenze tra organismi
Sta nella capacità di percepire RNA estranei, applicarli nel corso dell'interferenza. Per le piante, questo effetto è sistemico. Anche nel caso di una leggera introduzione di RNA, un certo gene viene soppresso in tutto il corpo. Con questa azione, il segnale RNA viene trasmesso tra altre cellule. L'RNA polimerasi partecipa alla sua amplificazione.
Tra gli organismi c'è una differenza nell'uso di geni estranei nel processo di interferenza dell'RNA.
Nelle piante, il processo di trasporto di siRNA avviene attraverso i plasmodesmi. L'eredità di tali effetti dell'RNA è assicurata dalla metilazione dei promotori di alcuni geni.
La principale differenza tra questo meccanismo epiante è l'idealità della loro complementarità di mRNA, che, insieme al complesso RISC, contribuisce alla completa degradazione di questa molecola.
Funzioni biologiche
Il sistema in questione è una componente importante della risposta immunitaria ai materiali estranei. Ad esempio, le piante hanno diversi analoghi della proteina Dicer, che sono usati per combattere numerosi organismi virali.
L'RNA può essere considerato un meccanismo di difesa antivirale acquisito dalle piante che viene attivato in tutto il corpo.
Nonostante il fatto che nelle cellule animali sia espressa molta meno proteina Dicer, possiamo parlare della partecipazione dell'RNA alla risposta antivirale.
Attualmente, le risposte immunitarie che si verificano nel corpo di esseri umani e animali sono state parzialmente studiate.
I biologi continuano la ricerca, cercando non solo di comprovare i meccanismi del loro verificarsi, ma anche di trovare modi per influenzare le interazioni immunitarie. In caso di spiegazione di successo di tutte le sfumature dell'interferenza dell'RNA, gli scienziati saranno in grado di controllare queste reazioni biochimiche e creare meccanismi di protezione contro i corpi estranei.
