RNAi (RNS interferēšana): mazo RNS loma gēnu ekspresijā

RNAi: mazo RNS loma gēnu ekspresijā — kā miRNS un siRNS regulē gēnus, aizsargā pret vīrusiem un virza inovācijas biotehnoloģijā un medicīnā.

RNS interferēšana (RNSi) ir šūnu molekulārs mehānisms, kas regulē un bieži vien nomāc gēnu aktivitāti. Mazās RNS molekulas darbojas kā gēnu regulēšanas “atslēga”, kas ļauj selektīvi samazināt vai mainīt noteiktu mRNS līmeni un tādējādi ietekmēt olbaltumvielu sintēzi. 2006. gadā Endrjū Fairs un Kreigs Mello (Andrew Fire and Craig Mello) saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā par 1998. gadā publicēto atklājumu par RNS interferenci nematodes tārpa Caenorhabditis elegans modelī.

RNSi īsteno galvenokārt divu veidu mazas RNS molekulas: mikroRNS (miRNS) un mazā interferējošā RNS (siRNS). Šīs mazās RNS piesaistās parastajām ziņneša RNS (mRNS) molekulām un var bloķēt to pārtulkošanu vai novest pie mRNS sadalīšanas, tādējādi kavējot olbaltumvielu ražošanu. RNS interference kalpo arī kā aizsardzības mehānisms pret ārējām nukleīnskābēm — piemēram, pret vīrusiem un transpozoniem —, kā arī piedalās attīstības procesu regulācijā un plašā gēnu ekspresijas kontroli.

Kā darbojas RNSi — īss pārskats

• Priekšteču molekulas: miRNS parasti veidojas no endogēniem primāriem transkriptiem (pri-miRNA), savukārt siRNS bieži rodas no divstrandu RNS (dsRNS), kas var būt vīrusu vai eksperimentāli ievadīts.
• Apstrāde ar Dicer enzīmu: dsRNS tiek pārstrādāta līdz ~21–23 nukleotīdu garām maziem RNS fragmentiem ar enzymes Dicer palīdzību.
• RISC komplekss: mazas RNS tiek iekrautas RISC (RNS inducētā silencinga komplekss), kur galveno lomu spēlē Argonaute proteīni. RNS vada RISC pie mērķa mRNS.
• Mērķa izslēgšana: ja mazas RNS ir precīzi komplementāras mērķa mRNS, Argonaute var nogriezt mRNS (mRNS šķelšana). Nepilnīgas saderības gadījumā var notikt translācijas inhibīcija un pakāpeniska mRNS destabilizācija.
• Papildus efekti: RNSi var ietekmēt arī hromatīna stāvokli un epigenētiski regulēt gēnu izteiksmi (piem., heterohromatīna veidošana vai DNS metilācija), it īpaši augos un dažos dzīvniekos.

Izplatība, variācijas un tehniskās īpatnības

RNSi ceļš ir sastopams daudzos eikariontos, tostarp dzīvniekos, augos un sēnēs, taču tā precīza darbība un spēja darboties sistēmiski atšķiras starp sugām. Piemēram, augos un Caenorhabditis elegans RNSi var pastiprināties ar speciāliem RNS atkarīgiem polimerāzes (RdRP) mehānismiem, radot sekundārus siRNS un ilgstošāku iedarbību. Citos organismiem šī pastiprināšana nav tik spēcīga vai tās vispār nav.

Pielietojumi un ierobežojumi

RNSi ir vērtīgs pētniecības rīks šūnu kultūrā un dzīvos organismos: sintētiska dsRNS vai siRNS ievade ļauj selektīvi “izslēgt” interesējošus gēnus un pētīt to funkcijas, veicot arī liela mēroga skrīningus, kuros pakāpeniski izslēdz katru gēnu, lai analizētu šūnu procesus vai šūnu dalīšanos. Šo ceļu izmanto arī kā praktisku rīku biotehnoloģijā un medicīnā (piemēram, terapeitisku siRNS zāļu attīstībā).

Tomēr ir arī izaicinājumi: efektīva un mērķtiecīga RNS piegāde organismā, iespējamās off‑target iedarbības (neparedzēta citu gēnu nomākšana), imūnreakcijas aktivācija un īslaicīga iedarbība bez papildus mehānismiem ilgstošai nomākšanai. Tāpēc terapijas izmantošana prasa rūpīgu dizainu, drošības un piegādes sistēmu izstrādi.

Kopsavilkumā — RNS interferēšana ir spēcīgs un universāls mehānisms gēnu ekspresijas regulācijai ar plašām bioloģiskām funkcijām un praktiskām iespējām pētniecībā un medicīnā. Tā izpēte turpina atklāt jaunas nianses par šūnu regulācijas tīkliem un terapeitiskiem risinājumiem.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir RNS interference?

J: Kas saņēma Nobela prēmiju par darbu RNS interferences jomā?

Kādi ir divi šajā procesā iesaistīto mazo RNS veidi?

J: Kā šīs mazās RNS ietekmē gēnu ekspresiju?

J: Kādas vēl funkcijas RNAi ir dzīvajos organismos?

J: Vai šis ceļš ir praktiski pielietojams?

Meklēt pēc burta