РНК-интерференция: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 176: Строка 176:
--><ref name=Nishikura_2006>{{cite journal |author=Nishikura K |title=Editor meets silencer: crosstalk between RNA editing and RNA interference |journal=Nat Rev Mol Cell Biol |volume=7 |issue=12 |pages=919–31 |year=2006 |pmid=17139332 |doi=10.1038/nrm2061}}</ref>
--><ref name=Nishikura_2006>{{cite journal |author=Nishikura K |title=Editor meets silencer: crosstalk between RNA editing and RNA interference |journal=Nat Rev Mol Cell Biol |volume=7 |issue=12 |pages=919–31 |year=2006 |pmid=17139332 |doi=10.1038/nrm2061}}</ref>


== Механизм ==

=== Различия между организмами ===
[[Файл:Rnai diagram retrovirology.png|thumb|300px|right|Рисунок иллюстрирует различия между [[сайлесинг]]ом генов у растений и животных. [[МикроРНК]], [[экспрессия генов|экспрессирующиеся]] в организме или введенные экзогенно [[малые интерферирующие РНК]] [[процессинг|процессируются]] [[фермент]]ом [[dicer]] и поступают в [[RISC]], который осуществляет сайленсинг генов.<ref name="Saumet">{{cite journal |author=Saumet A, Lecellier CH |year=2006 |title= Anti-viral RNA silencing: do we look like plants?|journal=Retrovirology |volume=3 |issue=3 |pmid=16409629 |doi= 10.1186/1742-4690-3-3 |pages= 3 }}</ref>]]

Организмы отличаются по способности воспринимать чужеродные двуцепочечные РНК и использовать их в процессе РНК-интерференции. Эффекты РНК-интерференции у растений и ''[[C. elegans]]'' (но не у дрозофилы и млекопитающих) могут наследоваться, а могут быть системными. У растений система РНК-интерференции может распространять малые интерферирующие РНК по плазмодесмам (каналам в клеточных стенках, осуществляющих коммуникацию и транспорт).<ref name=Lodish /> Наследование обеспечивается метилированием промоторов, измененный паттерн метилирования передается в результате деления дочерним клеткам.<!--

--><ref>{{cite journal | author=Jones L, Ratcliff F, Baulcombe DC| title=RNA-directed transcriptional gene silencing in plants can be inherited independently of the RNA trigger and requires Met1 for maintenance| journal=Current Biology| year=2001| volume=11| issue=10| pages=747–757| url=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VRT-433PCG6-K&_user=10&_coverDate=05%2F15%2F2001&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=1e8ad684cc54f07e94776926599d292b | doi=10.1016/S0960-9822(01)00226-3}}</ref><!--

--> Значительные отличия в мишенях малых интерферирующих РНК между [[растения]]ми и [[животные|животными]] обусловлены тем, что у растений miRNA высоко комплементарны мРНК-мишеням и вызывают расщепление мРНК [[RISC]], а у животных малые интерферирующие РНК сильно отличаются по последовательности [[нуклеотид]]ов и вызывают [[репрессия|репрессию]] трансляции.<!--

--><ref name="Saumet" /><!--

--> МикроРНК могут оказывать влияние на инициацию [[Трансляция (биология)|трансляции]] путем взаимодействия с факторами инициации трансляции и с поли(А)-трактом мРНК.<!--

--><ref name="Humphreys">{{cite journal | author = Humphreys DT, Westman BJ, Martin DI, Preiss T | year = 2005 | title= MicroRNAs control translation initiation by inhibiting eukaryotic initiation factor 4E/cap and poly(A) tail function. | journal = Proc Natl Acad Sci USA |volume=102 | pages=16961–16966 | pmid = 16287976 | doi = 10.1073/pnas.0506482102}}</ref>

Некоторые простейшие, например, ''[[Leishmania major]]'' и ''[[Trypanosoma cruzi]]'' не имеют никаких компонентов пути РНК-интерференции.<!--

--><ref name=DaRocha_2004>{{cite journal | author = DaRocha W, Otsu K, Teixeira S, Donelson J | title = Tests of cytoplasmic RNA interference (RNAi) and construction of a tetracycline-inducible T7 promoter system in Trypanosoma cruzi | journal = Mol Biochem Parasitol | volume = 133 | issue = 2 | pages = 175–86 | year = 2004 | pmid = 14698430 | doi = 10.1016/j.molbiopara.2003.10.005}}</ref><!--

--><ref name=Robinson_2003>{{cite journal | author = Robinson K, Beverley S | title = Improvements in transfection efficiency and tests of RNA interference (RNAi) approaches in the protozoan parasite Leishmania | journal = Mol Biochem Parasitol | volume = 128 | issue = 2 | pages = 217–28 | year = 2003 | pmid = 12742588 | doi = 10.1016/S0166-6851(03)00079-3}}</ref><!--

--> Б''о''льшая часть компонентов системы РНК-интерференции также отсутствует у некоторых грибов, например, у [[Модельные организмы в биологии|модельного организма]] ''[[Saccharomyces cerevisiae]]''.<!--

--><ref name="Aravind">{{cite journal |author=L. Aravind, Hidemi Watanabe, David J. Lipman, and Eugene V. Koonin|title= Lineage-specific loss and divergence of functionally linked genes in eukaryotes |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=97 |issue=21 |pages=11319–11324 |year=2000 |id= |doi=10.1073/pnas.200346997|pmid= 11016957}}</ref><!--

--> Показано наличие компонентов системы РНК-интерференции в других делящихся дрожжах, например, ''[[Saccharomyces castellii]]'' и ''[[Candida albicans]]''. Индукция двух белков системы РНК-интерференции из ''S. castellii'' облегчает данный процесс у ''S. cerevisiae''.<!--

--><ref>{{cite journal |author=Drinnenberg IA, Weinberg DE, Xie KT, Nower JP, Wolfe KH, Fink GR, Bartel DP |title=RNAi in Budding Yeast |journal=Science | year=2009 |pmid= 19745116|doi=10.1126/science.1176945}}</ref><!--

--> Тот факт, что некоторые [[аскомицеты]] и [[базидиомицеты]] не имеют пути РНК-интерференции, указывает на то, что гены, кодирующие белки, необходимые для данного процесса, были утеряны независимо во многих родословных грибов, вероятно, по причине появления в ходе эволюции нового пути со сходными функциями, или ввиду утери адаптивного преимущества в данных экологических нишах.<!--

--><ref name="Nakayashiki">{{cite journal |author=Nakayashiki H, Kadotani N, Mayama S |title=Evolution and diversification of RNA silencing proteins in fungi |journal=J Mol Evol |volume=63 |issue=1 |pages=127–35 |year=2006 |pmid=16786437 |doi=10.1007/s00239-005-0257-2}}</ref>

=== Соответствующие прокариотические системы ===
[[Экспрессия генов]] у [[прокариоты|прокариот]] регулируется системой, основанной на РНК, сходной по некоторым параметрам с системой РНК-интерференции. У прокариот описаны гены, кодирующие специальные РНК, которые контролируют распространение и [[трансляция (биология)|трансляцию]] мРНК, путем спаривания с комплементарными последовательностями. Однако, данные регуляторные РНК не являются полными аналогами [[siRNA|малым интерферирующим РНК]], так как в данный процесс не вовлекается фермент [[dicer]].<!--

--><ref name=Morita_2006>{{cite journal |author=Morita T, Mochizuki Y, Aiba H |title=Translational repression is sufficient for gene silencing by bacterial small noncoding RNAs in the absence of mRNA destruction |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=103 |issue=13 |pages=4858–63 |year=2006 |pmid=16549791 |doi=10.1073/pnas.0509638103}}</ref><!--

--> Показано, что система [[CRISPR]] у прокариот является аналогичной системе РНК-интерференции у эукариот, хотя ни для одного из компонентов прокариотической системы не известны гомологичные эукариотические белки.<!--

--><ref name="makarova">{{cite journal |author=Makarova K, Grishin N, Shabalina S, Wolf Y, Koonin E |title=A putative RNA-interference-based immune system in prokaryotes: computational analysis of the predicted enzymatic machinery, functional analogies with eukaryotic RNAi, and hypothetical mechanisms of action |journal=Biol Direct |volume=1 |issue= |pages=7 |year=2006 |pmid=16545108 |doi=10.1186/1745-6150-1-7}}</ref>


<!-- вставляю переведенный текст выше этого комментария -->
<!-- вставляю переведенный текст выше этого комментария -->

Версия от 07:26, 12 ноября 2009

Фермент Dicer разрезает двуцепочечную РНК. При этом образуются siRNA или microRNA. Эти процессированные РНК попадают в RNA-induced silencing complex (RISC), который разрушает mRNA и предотвращает трансляцию.[1]

РНК-интерференция (англ. RNA interference, RNAi) — это механизм подавления экспрессии гена, то есть проявления данного гена в организме в форме определенного признака на стадии трансляции, либо нарушение транскрипции определенных генов. В системе РНК-интерференции принимают участие два типа малых молекул РНК — микроРНК и малые интерферирующие РНК. Малые РНК связываются со специфическими последовательностями других молекул РНК и повышают или снижают их биологическую активность, например, предотвращают трансляцию мРНК в белки. Система РНК-интерференции играет важную роль в защите клеток от паразитирующих генов — транспозонов и вирусных генов, а также в регуляции развития, дифференцировки и экспрессии генов в целом.

РНК-интерференция обнаружена в клетках многих эукариот, в том числе, у животных. Путь РНК-интерференции начинается с фермента Dicer, который разрезает длинные молекулы двуцепочечной РНК (dsRNA) на короткие фрагменты порядка 20 нуклеотидов. Одну из двух цепочек каждого фрагмента называют «направляющей» (англ. guide strand), эта одноцепочечная РНК далее включается в состав RISC (англ. RNA-induced silencing complex). В результате активности RISC одноцепочечный фрагмент РНК соединяется с комплементарной последовательностью молекулы мРНК и вызывает разрезание мРНК белком Argonaute — что приводит к посттранскрипционному сайленсингу соответствующего гена (англ. posttranscriptional gene silencing). Эффективность сайленсинга генов ограничена молярными концентрациями siRNA.

Селективный эффект РНК-интерференции на экспрессию генов делает RNAi полезным инструментом для исследований в культурах клеток и в живых организмах, так как синтетические двуцепочечные РНК, введенные в клетки, вызывают супрессию специфических генов. RNAi может быть использована для крупномасштабных исследований в области молекулярной биологии, биохимии, биотехнологии и медицины. Так, например, РНК-интерференцию используют для систематического «выключения» генов в клетках и установления функций генов при изучении деления клетки.

Исторически РНК-интерференция была известна под названием посттрансляционного сайленсинга генов и «подавления». Только после того, как эти предположительно несвязанные процессы были исследованы, стало ясно, что все они описывали проявления RNAi. В 2006 году Эндрю Файр и Крейг Мелло получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за работы по изучению РНК-интерференции у нематоды C. elegans,[2] опубликованные в 1998 году.[3]

Механизм

Белок dicer из Giardia intestinalis, катализирует разрезание двуцепочечных РНК (dsRNA) с образованием малых интерферирующих РНК (siRNA). Домен с РНКазной активностью показан зеленым цветом, домен PAZ желтым, основной домен красным, соединительная спираль синим.[4]

РНК-интерференция является РНК-зависимым процессом сайленсинга генов, который контролируется RISC (англ. RNA-induced silencing complex). RISC активируется в цитоплазме клетки, где короткие двуцепочечные молекулы РНК взаимодействуют с каталитическим компонентом Argonaute.[2] В случае, когда двуцепочечная РНК является экзогенной (появляется в результате лабораторных манипуляций или инфицирования РНК-содержащим вирусом), РНК импортируется непосредственно в цитоплазму, где разрезается на короткие фрагменты белком dicer. В случае пре-микроРНК, экспрессирующихся с генов некодирующих РНК, RNAi запускается эндогенной двуцепочечной РНК. Первичные транскрипты таких генов сначала процессируются в специфические структуры стебель-петля пре-микроРНК в ядре, а затем экспортируются в цитоплазму и разрезаются белком dicer. Таким образом, экзогенные и эндогенные двуцепочечные РНК встречаются в RISC.[5]

Разрезание двуцепочечных РНК

Экзогенная двуцепочечная РНК запускает систему РНК-интерференции, активируя фермент-рибонуклеазу Dicer,[6] который связывает и разрезает РНК-дуплексы, при этом образуются двуцепочечные фрагменты длиной 21–25 пар нуклеотидов, с несколькими неспаренными основаниями на каждом конце.[7][8][9][10] Согласно данным биоинформатики, основанным на изучении геномов многих организов, такая длина двуцепочечных фрагметов РНК увеличивает специфичность к гену-мишени и снижает неспецифические эффекты.[11] Такие короткие двуцепочечные фрагменты РНК называют малыми интерферирующими РНК (англ. small interfering RNAs, siRNA). Далее siRNA разделяются на отдельные цепочки и вовлекаются в RISC. После интеграции в RISC, siRNA комплементарно соединяются с мРНК-мишенью и вызывают разрезание мРНК, при этом трансляция данной мРНК становится невозможной.[12]

Экзогенная двуцепочечная РНК узнается и связывается эффекторным белком RDE-4 у C. elegans и R2D2 у Drosophila, что усиливает активность белка dicer.[13] Белок Dicer связывается лишь с длинными двуцепочечными РНК, однако механизм сродства к таким субстратам неизвестен.[13] Такие РНК-связывающие белки облегчают перенос разрезанных siRNA к комплексу RISC.[14]

Путь инициации РНК-интерференции в клетке может быть усилен в результате синтеза "вторичных" siRNA на матрице "первичных" siRNA.[15] Подобные "вторичные" siRNA отличаются по структуре от siRNA, образовавшихся в результате активности белка Dicer и, по-видимому, образуются РНК-зависимой РНК-полимеразой (англ. RdRP).[16][17]

МикроРНК

Вторичная структура стебелек-петля пре-микроРНК из Brassica oleracea.
Основная статья: МикроРНК

МикроРНК (англ. MicroRNA, miRNA) представляют собой закодированные в геноме некодирующие РНК, принимающие участие в регуляции экспрессии генов, например, при развитии организмов.[18][19] Феномен РНК-интерференции включает в себя как эффекты сайленсинга генов при помощи эндогенных микроРНК, так и сайленсинг генов при помощи чужеродных двуцепочечных РНК. Зрелые микроРНК представляют собой продукты деградации экзогенных двуцепочечных РНК и имеют структуру подобную малым интерферирующим РНК, однако, перед созреванием, микроРНК подвергаются значительной посттранскрипционной модификации. Молекулы микроРНК экспрессируются в виде первичных транскриптов длинных генов, кодирующих РНК (англ. pri-miRNA), и после процессинга в ядре клеки представляют собой pre-miRNA — структуры вида стебелек-петля длиной около 70 нуклеотидов. Комплекс процессинга pri-miRNA в pre-miRNA представляет собой фермент с активностью РНКазы III, называемый Drosha и белок, связывающий двуцепочечную РНК — Pasha. Двуцепочечная часть pre-miRNA связывается и разрезается белком Dicer, при этом образуется зрелая молекула микроРНК, которая может далее поступать в RISC. Таким образом, после первичного процессинга miRNA и siRNA в клетке ведут себя сходным образом.[20]

МикроРНК, как и малые интерферирующие РНК, образуются при деградации длинных двуцепочечных РНК. У животных микроРНК обычно имеют неполное спаривание с мишенью и могут ингибировать трансляцию многих мРНК со сходными последовательностями. Малые интерферирующие РНК, наоборот, как правило точно спариваются с мишенью и ингибируют трансляцию единственной специфической мРНК.[21] У Drosophila melanogaster и C. elegans, микроРНК и малые интерферирующие РНК процессируются разными белками Argonaute и ферментами Dicer.[22][23]

Слева: Полноразмерный белок argonaute из архебактерии Pyrococcus furiosus. Справа: PIWI-домен белка argonaute в комплексе с двуцепочечной РНК.

RISC

Каталитической частью RISC (англ. RNA-induced silencing complex) являются белки-эндонуклеазы семейства Argonaute, которые разрезают мРНК, комплементарные связанной малой интерферирующей РНК.[2] Так как фрагменты, которые образуются после разрезания белком dicer являются двуцепочечными, потенциально каждая из цепочек может являться малой интерферирующей РНК (англ. siRNA). Однако, лишь одна из двух цепочек, называемая ведущей цепочкой (англ. guide strand) связывается с белком Аrgonaute и вызывает сайленсинг гена. Другая цепочка, называемая англ. anti-guide strand или цепочкой-спутницей (passenger strand) подвергается деградации во время активации RISC.[24] Хотя ранее считалось, что цепочки разделяет АТР-зависимая геликаза,[25] в настоящее время показано, что данный процесс является АТР-независимым и осуществляется непосредственно белками, входящими в состав RISC.[26][27] Выбор направляющей цепочки не зависит от направления, в котором dicer разрезает двуцепочечную РНК до поступления в RISC.[28][29] Белок R2D2 может являться фактором, различающим при связывании более стабильный 5'-конец цепочки-спутницы.[30]

При помощи рентгеноструктурного анализа изучено связывание молекул РНК с РНК-связывающим доменом белка семейства Argonaute. При этом фосфорилированный 5'-конец одноцепочечной РНК попадает в консервативный карман белка, и вступает через ионы Mg2+ в стекинг-взаимодействия с консервативным остатком тирозина. Данный участок белка, по-видимому, стимулирует связывание малых интерферирующих РНК с мишенью мРНК.[31]

К настоящему времени недостаточно изучен механизм, по которому RISC находится комплементарную мРНК внутри клетки. Предоложительно, процесс разрезания каким-то образом связан с трансляцией, трансляция мРНК не необходима для осуществления деградации по пути РНК-интерференции.[32] Более того, показано, что путь РНК-интерференции может быть более эффективным против мишеней мРНК, трансляция которых не осуществляется в текущий момент времени.[33] Белки семейства Argonaute являются каталитическим компонентом RISC, и находятся в специфических районах цитоплазмы, известных как Р-тельца (англ. P-bodies)[34] показано, что активность малых интерферирующих РНК и деградация мРНК максимальны именно в Р-тельцах.[35] Разрушение Р-телец снижает эффективность РНК-интерференции и указывает на то, что эти тельца являются важной частью системы РНК-интерференции.[36]


Сайленсинг транскрипции

Многе эукариоты используют систему РНК-интерференции для поддержания структуры генома. Химическая модификация гистонов и переход соответствующих участков хромосом в состояние гетерохроматина приводит к снижению транскрипции соответствующих генов;[37] данный процесс относится к сайленсингу транскрипции, индуцированному РНК (англ. RNA-induced transcriptional silencing, RITS), и осуществляется сложным комплексом белков. В делящихся дрожжах данный комплекс содержит Argonaute, белок с хромодоменом Chp1, и белок, называемый Tas3 с неизвестной функцией.[38] Как следствие, индукция и расширение гетерохроматиновых участков, требует наличия белков Argonaute и РНК-зависимой РНК-полимеразы.[39] В действительности, делеции данных генов в делящихся дрожжах S. pombe нарушает метилирование гистонов и образование центромер,[40] вызывает замедление или остановку анафазы в процессе деления клетки.[41] В некоторых случаях, подобные процессы связаны с модификацией гистонов и для них показан эффект повышения транскрипции соответстующих генов.[42]

Механизм, по которому комплекс RITS вызывает образование гетерохроматина не до конца понятен и большая часть исследований направлены на изучение участка генома дрожжей, регулирующего тип спаривания (англ. mating-type region), однако данный участок генома может быть нерепрезентативным в случае геномов других организмов. Для сохранения существующих районов гетерохроматина RITS образует комплексы с малыми интерферирующими РНК, комплементарными соответствующим генам и прочно связывается с метилированными гистонами, и действует в момент транскрипции, деградируя любые пре-мРНК, синтезируемые РНК-полимеразой. Образование подобных участков гетерохроматина является dicer-зависимым, вероятно потому, что dicer требуется для образования первоначальных инициирующих комплексов комплементарных siRNA, участвующих в деградации транскриптов.[43] Поддержание участков гетерохроматина, по-видимому, является примером положительной обратной связи, так как малые интерферирующие РНК, входящие в состав RITS, образуются из слуйчаных транскриптов, синтезированных РНК-зависимой РНК-полимеразой.[44] Исследования участков генома дрожжей, регулирующих тип спаривания (англ. mating-type region), а также изучение центромерных районов дрожжей, вероятно, не могут быть распространены на млекопитающих, так как в случае последних поддержание гетерохроматиновых участков может не зависеть от компонентов системы РНК-интерференции.[45]

Связь с редактированием РНК

Наиболее распространенной формой редактирования РНК у высших эукариот является превращение аденозина в инозин в двуцепочечных РНК, которое осуществляется ферментом аденозиндеаминазой.[46] В 2000 году было предположено что путь РНК-интерференции и путь редактирования РНК A→I могут конкурировать за общий субстрат двуцепочечной РНК.[47] Действительно, некоторые предшественники малых интерферирующих РНК могут подвергаться редактированию A→I,[48][49] причем данный механизм может регулировать процессинг и экспрессию зрелых молекул малых интерферирующих РНК.[49] У млекопитающих описан как минимум один фермент, выводящий молекулы малых интерферирующих РНК из системы РНК-интерференции.[50] Исследования линий круглого червя C. elegans, не имеющих фермента редактирования РНК A→I, показали, что редактирование РНК может препятствовать сайленсингу эндогенных генов и трансгенов по пути РНК-интерференции.[51]

Механизм

Различия между организмами

Рисунок иллюстрирует различия между сайлесингом генов у растений и животных. МикроРНК, экспрессирующиеся в организме или введенные экзогенно малые интерферирующие РНК процессируются ферментом dicer и поступают в RISC, который осуществляет сайленсинг генов.[52]

Организмы отличаются по способности воспринимать чужеродные двуцепочечные РНК и использовать их в процессе РНК-интерференции. Эффекты РНК-интерференции у растений и C. elegans (но не у дрозофилы и млекопитающих) могут наследоваться, а могут быть системными. У растений система РНК-интерференции может распространять малые интерферирующие РНК по плазмодесмам (каналам в клеточных стенках, осуществляющих коммуникацию и транспорт).[25] Наследование обеспечивается метилированием промоторов, измененный паттерн метилирования передается в результате деления дочерним клеткам.[53] Значительные отличия в мишенях малых интерферирующих РНК между растениями и животными обусловлены тем, что у растений miRNA высоко комплементарны мРНК-мишеням и вызывают расщепление мРНК RISC, а у животных малые интерферирующие РНК сильно отличаются по последовательности нуклеотидов и вызывают репрессию трансляции.[52] МикроРНК могут оказывать влияние на инициацию трансляции путем взаимодействия с факторами инициации трансляции и с поли(А)-трактом мРНК.[54]

Некоторые простейшие, например, Leishmania major и Trypanosoma cruzi не имеют никаких компонентов пути РНК-интерференции.[55][56] Большая часть компонентов системы РНК-интерференции также отсутствует у некоторых грибов, например, у модельного организма Saccharomyces cerevisiae.[57] Показано наличие компонентов системы РНК-интерференции в других делящихся дрожжах, например, Saccharomyces castellii и Candida albicans. Индукция двух белков системы РНК-интерференции из S. castellii облегчает данный процесс у S. cerevisiae.[58] Тот факт, что некоторые аскомицеты и базидиомицеты не имеют пути РНК-интерференции, указывает на то, что гены, кодирующие белки, необходимые для данного процесса, были утеряны независимо во многих родословных грибов, вероятно, по причине появления в ходе эволюции нового пути со сходными функциями, или ввиду утери адаптивного преимущества в данных экологических нишах.[59]

Соответствующие прокариотические системы

Экспрессия генов у прокариот регулируется системой, основанной на РНК, сходной по некоторым параметрам с системой РНК-интерференции. У прокариот описаны гены, кодирующие специальные РНК, которые контролируют распространение и трансляцию мРНК, путем спаривания с комплементарными последовательностями. Однако, данные регуляторные РНК не являются полными аналогами малым интерферирующим РНК, так как в данный процесс не вовлекается фермент dicer.[60] Показано, что система CRISPR у прокариот является аналогичной системе РНК-интерференции у эукариот, хотя ни для одного из компонентов прокариотической системы не известны гомологичные эукариотические белки.[61]


Механизм RNAi

Процесс RNAi инициируется ферментом Dicer, который разрезает длинные молекулы двуцепочечной РНК на короткие фрагменты, длиной порядка 20-25 нуклеотидов. Одна из двух цепей каждого получившегося фрагмента называется ведущей цепью (guide strand) и затем переходит в RISC (RNA-induced silencing complex) и затем связывается с комплементарными последовательностями.

Наиболее хорошо изученными последствиями этих событий является пост-транскрипционный сайленсинг генов. Это происходит когда ведущая цепь специфически связывается с молекулой мРНК и запускает разрезание белком Argonaute, который является каталитическим компонентом RISC.

Другим последствием RNAi является эпигенетическое изменение экспрессии гена — модификация гистонов и метилирование ДНК, влияющие на уровень экспрессии генов.

Источник двуцепочечных РНК в клетке может быть различным: транскрипция с конаправленных промоторов, активность клеточной или вирусной РНК-зависимой РНК-полимеразы, самокомплементарные транскрипты, способные к внутримолекулярному спариванию и образованию шпилечных структур, а также искусственно введённые в клетку молекулы.

Открытие RNAi

Один из первых примеров РНК-интерференции был обнаружен при получении трансгенных растений петунии. Крайний слева цветок — дикий тип, два других цветка содержат трансген, РНК которого включает РНК-интерференцию и в результате подавляет выражение гена, ответственного за синтез пигмента

Явление РНК-интерференции впервые было обнаружено у нематоды Caenorhabditis elegans, которая отвечала на введение dsRNA репрессией специфического, гомологичного ей по нуклеотидной последовательности, гена. РНК-интерференция обнаружена почти во всех эукариотических организмах (за исключением почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae). Считается, что РНК-интерференция является защитным механизмом, предохраняющим клетку от РНК-вирусов и мобильных генетических элементов (транспозонов).

В 2006 году, Andrew Fire и Craig Mello  (англ.) разделили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за работы в области РНК-интерференции на нематоде C. elegans, опубликованные в 1998 году [3].

Примечания

  1. ↑ Hammond S, Bernstein E, Beach D, Hannon G (2000). "An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature. 404 (6775): 293—6. doi:10.1038/35005107. PMID 10749213.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  2. ↑ 1 2 3 Daneholt, Bertil Advanced Information: RNA interference. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006. Дата обращения: 25 января 2007.
  3. ↑ 1 2 Fire A, Xu S, Montgomery M, Kostas S, Driver S, Mello C (1998). "Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans". Nature. 391 (6669): 806—11. doi:10.1038/35888. PMID 9486653.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  4. ↑ Macrae I, Zhou K, Li F, Repic A, Brooks A, Cande W, Adams P, Doudna J (2006). "Structural basis for double-stranded RNA processing by dicer". Science. 311 (5758): 195—8. doi:10.1126/science.1121638. PMID 16410517.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  5. ↑ Bagasra O, Prilliman KR (2004). "RNA interference: the molecular immune system" (PDF). J. Mol. Histol. 35 (6): 545—53. doi:10.1007/s10735-004-2192-8. PMID 15614608.
  6. ↑ Bernstein E, Caudy A, Hammond S, Hannon G (2001). "Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference". Nature. 409 (6818): 363—6. doi:10.1038/35053110. PMID 11201747.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  7. ↑ Siomi, Haruhiko; Siomi, Mikiko C. (22 January 2009). "On the road to reading the RNA-interference code". Nature. 457 (7228): 396—404. doi:10.1038/nature07754. PMID 19158785.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
  8. ↑ Zamore P, Tuschl T, Sharp P, Bartel D (2000). "RNAi: double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals". Cell. 101 (1): 25—33. doi:10.1016/S0092-8674(00)80620-0. PMID 10778853.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  9. ↑ Vermeulen A, Behlen L, Reynolds A, Wolfson A, Marshall W, Karpilow J, Khvorova A (2005). "The contributions of dsRNA structure to dicer specificity and efficiency". RNA. 11 (5): 674—82. doi:10.1261/rna.7272305. PMID 15811921.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  10. ↑ Castanotto, Daniela; Rossi, John J. (22 January 2009). "The promises and pitfalls of RNA-interference-based therapeutics". Nature. 457 (7228): 426—433. doi:10.1038/nature07758. PMID 19158789.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
  11. ↑ Qiu S, Adema C, Lane T (2005). "A computational study of off-target effects of RNA interference". Nucleic Acids Res. 33 (6): 1834—47. doi:10.1093/nar/gki324. PMID 15800213.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  12. ↑ Ahlquist P (2002). "RNA-dependent RNA polymerases, viruses, and RNA silencing". Science. 296 (5571): 1270—3. doi:10.1126/science.1069132. PMID 12016304.
  13. ↑ 1 2 Parker G, Eckert D, Bass B (2006). "RDE-4 preferentially binds long dsRNA and its dimerization is necessary for cleavage of dsRNA to siRNA". RNA. 12 (5): 807—18. doi:10.1261/rna.2338706. PMID 16603715.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  14. ↑ Liu Q, Rand T, Kalidas S, Du F, Kim H, Smith D, Wang X (2003). "R2D2, a bridge between the initiation and effector steps of the Drosophila RNAi pathway". Science. 301 (5641): 1921—5. doi:10.1126/science.1088710. PMID 14512631.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  15. ↑ Baulcombe D (2007). "Molecular biology. Amplified silencing". Science. 315 (5809): 199—200. doi:10.1126/science.1138030. PMID 17218517.
  16. ↑ Pak J, Fire A (2007). "Distinct populations of primary and secondary effectors during RNAi in C. elegans". Science. 315 (5809): 241—4. doi:10.1126/science.1132839. PMID 17124291.
  17. ↑ Sijen T, Steiner F, Thijssen K, Plasterk R (2007). "Secondary siRNAs result from unprimed RNA synthesis and form a distinct class". Science. 315 (5809): 244—7. doi:10.1126/science.1136699. PMID 17158288.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  18. ↑ Wang QL, Li ZH (2007). "The functions of microRNAs in plants". Front. Biosci. 12: 3975—82. PMID 17485351.
  19. ↑ Zhao Y, Srivastava D (2007). "A developmental view of microRNA function". Trends Biochem. Sci. 32 (4): 189—97. doi:10.1016/j.tibs.2007.02.006. PMID 17350266.
  20. ↑ Gregory R, Chendrimada T, Shiekhattar R (2006). "MicroRNA biogenesis: isolation and characterization of the microprocessor complex". Methods Mol Biol. 342: 33—47. PMID 16957365.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  21. ↑ Pillai RS, Bhattacharyya SN, Filipowicz W. "Repression of protein synthesis by miRNAs: how many mechanisms?". Trends Cell Biol. PMID 17197185.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  22. ↑ Okamura K, Ishizuka A, Siomi H, Siomi M (2004). "Distinct roles for Argonaute proteins in small RNA-directed RNA cleavage pathways". Genes Dev. 18 (14): 1655—66. doi:10.1101/gad.1210204. PMID 15231716.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  23. ↑ Lee Y, Nakahara K, Pham J, Kim K, He Z, Sontheimer E, Carthew R (2004). "Distinct roles for Drosophila Dicer-1 and Dicer-2 in the siRNA/miRNA silencing pathways". Cell. 117 (1): 69—81. doi:10.1016/S0092-8674(04)00261-2. PMID 15066283.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  24. ↑ Gregory R, Chendrimada T, Cooch N, Shiekhattar R (2005). "Human RISC couples microRNA biogenesis and posttranscriptional gene silencing". Cell. 123 (4): 631—40. doi:10.1016/j.cell.2005.10.022. PMID 16271387.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  25. ↑ 1 2 Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipurksy SL, Darnell J. Molecular Cell Biology. — 5th. — WH Freeman: New York, NY, 2004. — ISBN 978-0716743668.
  26. ↑ Matranga C, Tomari Y, Shin C, Bartel D, Zamore P (2005). "Passenger-strand cleavage facilitates assembly of siRNA into Ago2-containing RNAi enzyme complexes". Cell. 123 (4): 607—20. doi:10.1016/j.cell.2005.08.044. PMID 16271386.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  27. ↑ Leuschner P, Ameres S, Kueng S, Martinez J (2006). "Cleavage of the siRNA passenger strand during RISC assembly in human cells". EMBO Rep. 7 (3): 314—20. doi:10.1038/sj.embor.7400637. PMID 16439995.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  28. ↑ Schwarz DS, Hutvágner G, Du T, Xu Z, Aronin N, Zamore PD (2003). "Asymmetry in the assembly of the RNAi enzyme complex". Cell. 115 (2): 199—208. doi:10.1016/S0092-8674(03)00759-1. PMID 14567917.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  29. ↑ Preall J, He Z, Gorra J, Sontheimer E (2006). "Short interfering RNA strand selection is independent of dsRNA processing polarity during RNAi in Drosophila". Curr Biol. 16 (5): 530—5. doi:10.1016/j.cub.2006.01.061. PMID 16527750.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  30. ↑ Tomari Y, Matranga C, Haley B, Martinez N, Zamore P (2004). "A protein sensor for siRNA asymmetry". Science. 306 (5700): 1377—80. doi:10.1126/science.1102755. PMID 15550672.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  31. ↑ Ma J, Yuan Y, Meister G, Pei Y, Tuschl T, Patel D (2005). "Structural basis for 5'-end-specific recognition of guide RNA by the A. fulgidus Piwi protein". Nature. 434 (7033): 666—70. doi:10.1038/nature03514. PMID 15800629.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  32. ↑ Sen G, Wehrman T, Blau H (2005). "mRNA translation is not a prerequisite for small interfering RNA-mediated mRNA cleavage". Differentiation. 73 (6): 287—93. doi:10.1111/j.1432-0436.2005.00029.x. PMID 16138829.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  33. ↑ Gu S, Rossi J (2005). "Uncoupling of RNAi from active translation in mammalian cells". RNA. 11 (1): 38—44. doi:10.1261/rna.7158605. PMID 15574516.
  34. ↑ Sen G, Blau H (2005). "Argonaute 2/RISC resides in sites of mammalian mRNA decay known as cytoplasmic bodies". Nat Cell Biol. 7 (6): 633—6. doi:10.1038/ncb1265. PMID 15908945.
  35. ↑ Lian S, Jakymiw A, Eystathioy T, Hamel J, Fritzler M, Chan E (2006). "GW bodies, microRNAs and the cell cycle". Cell Cycle. 5 (3): 242—5. PMID 16418578.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  36. ↑ Jakymiw A, Lian S, Eystathioy T, Li S, Satoh M, Hamel J, Fritzler M, Chan E (2005). "Disruption of P bodies impairs mammalian RNA interference". Nat Cell Biol. 7 (12): 1267—74. doi:10.1038/ncb1334. PMID 16284622.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  37. ↑ Holmquist G, Ashley T (2006). "Chromosome organization and chromatin modification: influence on genome function and evolution". Cytogenet Genome Res. 114 (2): 96—125. doi:10.1159/000093326. PMID 16825762.
  38. ↑ Verdel A, Jia S, Gerber S, Sugiyama T, Gygi S, Grewal S, Moazed D (2004). "RNAi-mediated targeting of heterochromatin by the RITS complex". Science. 303 (5658): 672—6. doi:10.1126/science.1093686. PMID 14704433.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  39. ↑ Irvine D, Zaratiegui M, Tolia N, Goto D, Chitwood D, Vaughn M, Joshua-Tor L, Martienssen R (2006). "Argonaute slicing is required for heterochromatic silencing and spreading". Science. 313 (5790): 1134—7. doi:10.1126/science.1128813. PMID 16931764.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  40. ↑ Volpe T, Kidner C, Hall I, Teng G, Grewal S, Martienssen R (2002). "Regulation of heterochromatic silencing and histone H3 lysine-9 methylation by RNAi". Science. 297 (5588): 1833—7. doi:10.1126/science.1074973. PMID 12193640.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  41. ↑ Volpe T, Schramke V, Hamilton G, White S, Teng G, Martienssen R, Allshire R (2003). "RNA interference is required for normal centromere function in fission yeast". Chromosome Res. 11 (2): 137—46. doi:10.1023/A:1022815931524. PMID 12733640.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  42. ↑ Li LC, Okino ST, Zhao H, Pookot D, Place RF, Urakami S, Enokida H, Dahiya R. (2006). Small dsRNAs induce transcriptional activation in human cells. Proc Natl Acad Sci USA 103(46):17337–42. PMID 17085592
  43. ↑ Noma K, Sugiyama T, Cam H, Verdel A, Zofall M, Jia S, Moazed D, Grewal S (2004). "RITS acts in cis to promote RNA interference-mediated transcriptional and post-transcriptional silencing". Nat Genet. 36 (11): 1174—80. doi:10.1038/ng1452. PMID 15475954.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  44. ↑ Sugiyama T, Cam H, Verdel A, Moazed D, Grewal S (2005). "RNA-dependent RNA polymerase is an essential component of a self-enforcing loop coupling heterochromatin assembly to siRNA production". Proc Natl Acad Sci USA. 102 (1): 152—7. doi:10.1073/pnas.0407641102. PMID 15615848.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  45. ↑ Wang F, Koyama N, Nishida H, Haraguchi T, Reith W, Tsukamoto T (2006). "The assembly and maintenance of heterochromatin initiated by transgene repeats are independent of the RNA interference pathway in mammalian cells". Mol Cell Biol. 26 (11): 4028—40. doi:10.1128/MCB.02189-05. PMID 16705157.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  46. ↑ Bass B (2002). "RNA editing by adenosine deaminases that act on RNA". Annu Rev Biochem. 71: 817—46. doi:10.1146/annurev.biochem.71.110601.135501. PMID 12045112.
  47. ↑ Bass B (2000). "Double-stranded RNA as a template for gene silencing". Cell. 101 (3): 235—8. doi:10.1016/S0092-8674(02)71133-1. PMID 10847677.
  48. ↑ Luciano D, Mirsky H, Vendetti N, Maas S (2004). "RNA editing of a miRNA precursor". RNA. 10 (8): 1174—7. doi:10.1261/rna.7350304. PMID 15272117.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  49. ↑ 1 2 Yang W, Chendrimada T, Wang Q, Higuchi M, Seeburg P, Shiekhattar R, Nishikura K (2006). "Modulation of microRNA processing and expression through RNA editing by ADAR deaminases". Nat Struct Mol Biol. 13 (1): 13—21. doi:10.1038/nsmb1041. PMID 16369484.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  50. ↑ Yang W, Wang Q, Howell K, Lee J, Cho D, Murray J, Nishikura K (2005). "ADAR1 RNA deaminase limits short interfering RNA efficacy in mammalian cells". J Biol Chem. 280 (5): 3946—53. doi:10.1074/jbc.M407876200. PMID 15556947.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  51. ↑ Nishikura K (2006). "Editor meets silencer: crosstalk between RNA editing and RNA interference". Nat Rev Mol Cell Biol. 7 (12): 919—31. doi:10.1038/nrm2061. PMID 17139332.
  52. ↑ 1 2 Saumet A, Lecellier CH (2006). "Anti-viral RNA silencing: do we look like plants?". Retrovirology. 3 (3): 3. doi:10.1186/1742-4690-3-3. PMID 16409629.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  53. ↑ Jones L, Ratcliff F, Baulcombe DC (2001). "RNA-directed transcriptional gene silencing in plants can be inherited independently of the RNA trigger and requires Met1 for maintenance". Current Biology. 11 (10): 747—757. doi:10.1016/S0960-9822(01)00226-3.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  54. ↑ Humphreys DT, Westman BJ, Martin DI, Preiss T (2005). "MicroRNAs control translation initiation by inhibiting eukaryotic initiation factor 4E/cap and poly(A) tail function". Proc Natl Acad Sci USA. 102: 16961—16966. doi:10.1073/pnas.0506482102. PMID 16287976.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  55. ↑ DaRocha W, Otsu K, Teixeira S, Donelson J (2004). "Tests of cytoplasmic RNA interference (RNAi) and construction of a tetracycline-inducible T7 promoter system in Trypanosoma cruzi". Mol Biochem Parasitol. 133 (2): 175—86. doi:10.1016/j.molbiopara.2003.10.005. PMID 14698430.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  56. ↑ Robinson K, Beverley S (2003). "Improvements in transfection efficiency and tests of RNA interference (RNAi) approaches in the protozoan parasite Leishmania". Mol Biochem Parasitol. 128 (2): 217—28. doi:10.1016/S0166-6851(03)00079-3. PMID 12742588.
  57. ↑ L. Aravind, Hidemi Watanabe, David J. Lipman, and Eugene V. Koonin (2000). "Lineage-specific loss and divergence of functionally linked genes in eukaryotes". Proceedings of the National Academy of Sciences. 97 (21): 11319—11324. doi:10.1073/pnas.200346997. PMID 11016957.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  58. ↑ Drinnenberg IA, Weinberg DE, Xie KT, Nower JP, Wolfe KH, Fink GR, Bartel DP (2009). "RNAi in Budding Yeast". Science. doi:10.1126/science.1176945. PMID 19745116.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  59. ↑ Nakayashiki H, Kadotani N, Mayama S (2006). "Evolution and diversification of RNA silencing proteins in fungi". J Mol Evol. 63 (1): 127—35. doi:10.1007/s00239-005-0257-2. PMID 16786437.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  60. ↑ Morita T, Mochizuki Y, Aiba H (2006). "Translational repression is sufficient for gene silencing by bacterial small noncoding RNAs in the absence of mRNA destruction". Proc Natl Acad Sci USA. 103 (13): 4858—63. doi:10.1073/pnas.0509638103. PMID 16549791.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  61. ↑ Makarova K, Grishin N, Shabalina S, Wolf Y, Koonin E (2006). "A putative RNA-interference-based immune system in prokaryotes: computational analysis of the predicted enzymatic machinery, functional analogies with eukaryotic RNAi, and hypothetical mechanisms of action". Biol Direct. 1: 7. doi:10.1186/1745-6150-1-7. PMID 16545108.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)


Шаблон:Link FA

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=РНК-интерференция&oldid=19809906