מהי הפרעות RNA? מונח זה מתייחס למערכת לבקרת פעילות הגנים בתאים איקריוטיים. תהליך דומה מתרחש עקב מולקולות קצרות (לא יותר מ-25 נוקלאוטידים לשרשרת) של חומצה ריבונוקלאית.
התערבות RNA מאופיינת בעיכוב פוסט-תעתיק של ביטוי גנים באמצעות הרס או דה-דנילציה של mRNA.
משמעות
הוא נמצא בתאים של אוקריוטים רבים: פטריות, צמחים, בעלי חיים.
הפרעות RNA נחשבת לדרך חשובה להגן על תאים מפני וירוסים. היא לוקחת חלק בתהליך העובר.
בשל האופי העוצמתי והסלקטיבי של ההשפעה של חומצה ריבונוקלאית על ביטוי גנים, ניתן לבצע מחקר ביולוגי רציני באורגניזמים חיים, תרביות תאים.
בעבר, להפרעות RNA היה שם אחר - Cosuppression. לאחר מחקר מפורט של תהליך זה, קבלת פרס נובל לרפואה על חקר מנגנון התרחשותו על ידי אנדרו פייר וקרייג מלו, שונה שם התהליך הזה.
היסטוריה
מהי הפרעות RNA? גילויו נובע מתצפית ראשונית רצינית בהשפעתעיכוב ביטוי של RNA antisense בגנים של צמחים.
זמן מה לאחר מכן, מדענים אמריקאים השיגו תוצאות מדהימות כאשר טרנסגנים הוכנסו לפטוניות. החוקרים ניסו לשנות את הצמח המנותח באופן שיעניק לפרחים גוון רווי יותר. לשם כך הם הכניסו לתאים עותקים נוספים של הגן לאנזים צ'לקון סינתאז, שאחראי ליצירת הפיגמנט הסגול.
אבל תוצאות המחקר היו בלתי צפויות לחלוטין. במקום ההתכהות הרצויה של הקורולה של הפטוניה, פרחי הצמח הזה הפכו לבנים. ירידה בפעילות של האנזים כלקון סינתאז כונתה דיכוי משותפת.
נקודות חשובות
בהמשך הניסויים חשפו את ההשפעה על תהליך זה של עיכוב פוסט-תעתיק של ביטוי גנים עקב עלייה ברמת הפירוק של mRNA.
באותה תקופה היה ידוע שאותם צמחים המבטאים חלבונים מיוחדים אינם רגישים להידבקות בנגיף. הוכח בניסוי שהשגת עמידות כזו מושגת על ידי החדרת רצף קצר לא מקודד של RNA ויראלי לתוך הגן הצמחי.
התערבות RNA, שהמנגנון שלה עדיין לא מובן במלואו, כונתה "השתקת גנים הנגרמת על ידי וירוסים."
ביולוגים החלו לקרוא לסכום של תופעות כאלה עיכוב פוסט-תעתיק של ביטוי גנים.
אנדרו פייר ועמיתיו הצליחו להוכיח את הקשר בין תופעה דומה להכנסת מערכת סמנטיתRNA ואנטיסנס היוצרים RNA דו-גדילי. היא זו שהוכרה כסיבה העיקרית להופעת התהליך המתואר.
תכונות של מנגנונים מולקולריים
חלבון Giardia intestinalis Dicer מזורז על ידי חיתוך RNA דו-גדילי כדי לייצר שברי RNA קטנים מפריעים. תחום ה-RNAase ירוק, תחום ה-PAZ צהוב, והסליל הקישור כחול.
היישום של הפרעות RNA מבוסס על מסלולים אקסוגניים ואנדוגניים.
המנגנון הראשון מבוסס על גנום הנגיף או הוא תוצאה של ניסויי מעבדה. RNA כזה נחתך לשברים קטנים בציטופלזמה. הסוג השני נוצר במהלך הביטוי של גנים בודדים של אורגניזם חי, למשל, פרה-מיקרו RNA. זה כרוך ביצירת מבנים ספציפיים של לולאת גזע בתוך הגרעין, ויוצרים mRNA המקיימים אינטראקציה עם קומפלקס RISC.
רנ"א מפריעים קטנים
אלה שרשראות המורכבות מ-20-25 נוקלאוטידים עם בליטות נוקלאוטידים בקצוות. לכל שרשרת יש קבוצת הידרוקסיל בקצה 3' וקבוצת פוספט בחלק 5'. מבנה מסוג זה נוצר כתוצאה מפעולת האנזים Dicer על RNA המכיל סיכות ראש. לאחר המחשוף, השברים הופכים לחלק מהקומפלקס הקטליטי. חלבון הארגונאוט משחרר בהדרגה את דופלקס ה-RNA, מה שתורם להשאיר רק גדיל "מדריך" אחד ב-RISC. זה מאפשר לקומפלקס האפקטור לחפש אחר mRNA יעד ספציפי. בעת ההצטרפותמתרחשת פירוק mRNA מורכב של siRNA-RISC.
מולקולות אלו מתכלאות עם סוג אחד של mRNA מטרה, וכתוצאה מכך ביקוע של המולקולה.
mRNA
הפרעות RNA והגנה על צמחים הם תהליכים הקשורים זה בזה.
mRNA מורכב מ-21-22 נוקלאוטידים עוקבים ממקור אנדוגני, המעורבים בתהליך התפתחות אינדיבידואלי של אורגניזמים. הגנים שלו מתועתקים ליצירת תעתיקים ראשוניים ארוכים של תמלול פרי-מירנה. למבנים אלה יש צורה של לולאת גזע, אורכם מורכב מ-70 נוקלאוטידים. הם מכילים אנזים בעל פעילות RNase, וכן חלבון המסוגל לקשור RNA דו-גדילי. יתרה מכך, מתרחשת הובלה לציטופלזמה, שם ה-RNA המתקבל הופך למצע לאנזים Dicer. העיבוד עשוי להתבצע בדרכים שונות, בהתאם לסוג התא.
כך פועלת הפרעות RNA. היישום של התהליך עדיין לא נחקר במלואו.
לדוגמה, ניתן היה לקבוע אפשרות לנתיב אחר של עיבוד mRNA, שאינו תלוי בדיסר. במקרה זה, המולקולה נחתכת על ידי חלבון הארגונאוט. ההבדל בין miRNA ל-siRNA הוא היכולת לעכב תרגום עם מספר mRNAs שונים המכילים רצפים דומים של חומצות אמינו.
מתחם גורם RISC
הפרעות RNA,הפונקציות הביולוגיות שלו מאפשרות פתרון בעיות רבות הקשורות לקומפלקס החלבון, מה שמבטיח את ביקוע ה-mRNA בזמן הפרעה. מתחם RISC מקדם את חלוקת ה-ATP למספר שברים.
בעזרת ניתוח דיפרקציית רנטגן, נקבע שבאמצעות קומפלקס כזה התהליך מואץ משמעותית. החלק הקטליטי שלו נחשב לחלבוני ארגונאוט, הממוקמים במקומות מסוימים בציטופלזמה. גופי P כאלה מייצגים אזורים עם רמות משמעותיות של פירוק RNA; בהם זוהתה פעילות ה-mRNA הגבוהה ביותר. הרס של קומפלקסים כאלה מלווה בירידה ביעילות של תהליך הפרעות RNA.
שיטות לדיכוי תמלול
בנוסף לפעולתו ברמת עיכוב תרגום, ל-RNA יש גם השפעה על שעתוק גנים. כמה איקריוטים משתמשים בדרך זו כדי להבטיח את יציבות מבנה הגנום. הודות לשינוי ההיסטונים, ניתן להפחית את ביטוי הגנים באזור מסוים, שכן חתיכה כזו עוברת לצורת הטרוכרומטין.
הפרעות RNA ותפקידה הביולוגי הוא נושא חשוב שראוי למחקר וניתוח רציני. כדי לבצע מחקר, נלקחים בחשבון אותם חלקים בשרשרת שאחראים לסוג הזיווג.
לדוגמה, עבור שמרים, דיכוי התעתוק מתבצע בדיוק על ידי קומפלקס RISC, המכיל את מקטע Chp1 עם הכרומודומיין, הארגונאוט וחלבון שיש לופונקציה לא ידועה Tas3.
כדי לגרום להיווצרות אזורי הטרוכרומטין, נדרש האנזים Dicer, RNA פולימראז. חלוקה של גנים כאלה מובילה להפרה של מתילציה של היסטון, מובילה להאטה בחלוקת התא, או לעצירה מוחלטת של תהליך זה.
עריכת RNA
הצורה הנפוצה ביותר של תהליך זה באאוקריוטים גבוהים יותר היא תהליך המרת אדנוזין לאינוזין, המתרחש בגדיל הכפול של RNA. כדי לבצע טרנספורמציה כזו, נעשה שימוש באנזים adenosine deaminase.
בתחילת המאה העשרים ואחת הועלתה השערה, לפיה, מנגנון הפרעות ה-RNA והעריכה של המולקולה הוכרו כתהליכים תחרותיים. מחקרים על יונקים מצביעים על כך שעריכת RNA יכולה למנוע השתקה טרנסגנים.
הבדלים בין אורגניזמים
זה טמון ביכולת לתפוס RNA זר, ליישם אותם במהלך ההפרעה. עבור צמחים, השפעה זו היא מערכתית. גם במקרה של החדרה קלה של RNA, גן מסוים מדוכא בכל הגוף. עם פעולה זו, אות ה-RNA מועבר בין תאים אחרים. RNA פולימראז לוקח חלק בהגברה שלו.
בין אורגניזמים יש הבדל בשימוש בגנים זרים בתהליך של הפרעות RNA.
בצמחים, תהליך הובלת siRNA מתרחש דרך פלסמודסמטה. ההורשה של השפעות RNA כאלה מובטחת על ידי מתילציה של המקדמים של גנים מסוימים.
ההבדל העיקרי בין מנגנון זה לביןצמחים הם האידיאליות של המשלימות ה-mRNA שלהם, אשר, יחד עם קומפלקס RISC, תורם לפירוק מוחלט של מולקולה זו.
פונקציות ביולוגיות
המערכת המדוברת היא מרכיב חשוב בתגובה החיסונית לחומרים זרים. לדוגמה, לצמחים יש מספר אנלוגים של חלבון Dicer, המשמשים למלחמה באורגניזמים ויראליים רבים.
RNA יכול להיחשב כמנגנון הגנה אנטי-ויראלי הנרכש על ידי צמחים המופעל בכל הגוף.
למרות העובדה שהרבה פחות חלבון Dicer מתבטא בתאי בעלי חיים, אנחנו יכולים לדבר על השתתפותו של RNA בתגובה האנטי-ויראלית.
כיום, התגובות החיסוניות המתרחשות בגוף של בני אדם ובעלי חיים נחקרו חלקית.
ביולוגים ממשיכים במחקר, ומנסים לא רק לבסס את מנגנוני התרחשותם, אלא גם למצוא דרכים להשפיע על אינטראקציות חיסוניות. במקרה של הסבר מוצלח של כל הניואנסים של הפרעות RNA, מדענים יוכלו לשלוט בתגובות ביוכימיות אלו וליצור מנגנוני הגנה מפני גופים זרים.
