Р

РНК-интерференция

РНК-интерференция, РНК и (англ. RNA interference, RNAi) — система контроля активности генов эукариотических клеток, осуществляется с помощью коротких (20-25 нуклеотидов) молекул рибонуклеиновой кислоты. Ключевыми молекулами в РНК и являются малые интерферирующие РНК (англ. Small interfering RNA, siRNA) и микроРНК (microRNA), эти молекулы могут вступать во взаимодействие с комплементарными последовательностями в других молекулах РНК, например в матричных РНК и повышать или подавлять их активность. Одним самых распространенных и наиболее хорошо изученных механизмов действия РНК и является посттранскрипционная подавления экспрессии генов путем разрушения или деаденилювання мРНК.

РНК-интерференция обнаружена в клетках большинства эукариот (животных, растений, грибов). Она является важным механизмом защиты клетки от паразитирующих генов — вирусов и транспозонов, также участвует в регуляции экспрессии собственных генов организма, в частности в процессе эмбриогенеза (пиРНК).

Выборочный и мощный характер влияния РНК и на экспрессию генов позволяет использовать это явление как удобный инструмент биологических исследований, как в культурах клеток так и в живых организмах. Использование этого пути также является многообещающим для биотехнологии и медицины, в частности для разработки и внедрения нового поколения лекарств.

Исторически РНК-интерференция была известна под другими названиями, в частности косупресия и посттранскрипционная подавления экспрессии генов. Только после детального исследования этих процессов, которые сначала казались несвязанными, стало понятно, что все они являются примерами РНК-интерференции. В 2006 году Эндрю Файер и Крейг Мело получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за работу, посвященную механизмам РНК-интерференции в Caenorhabditis elegans, которую они опубликовали в 1998 году.

История открытия

Открытию РНК-интерференции предшествовало наблюдение подавления экспрессии генов у растений под влиянием антисенсових РНК. Позже ученые в Нидерландах и США получили неожиданные результаты при введении трансгенов в растения петунии. Ричард Йоргенсен и сотрудники пытались модифицировать растения таким образом, чтобы их цветы имели более глубокий цвет. Для этого ученые ввели в клетки дополнительные копии гена фермента халконсинтаза, отвечающий за образование фиолетового пигмента. Однако, как выяснилось, увеличение копийности этого гена не привели к проявлению темной окраски венчика петунии, наоборот — растения образовывали меньше пигмента и цветы становились полностью или частично белыми. Эти результаты свидетельствовали о значительном снижении активности халконсинтазы, причем подавлялась работа как трансгены, так и эндогенной копии гена этого фермента. Это явление у растений было названо косупресия. Впоследствии аналогичный явление было открыто и в грибов Neurospora crassa. Сначала аналогии между этими двумя случаями не было проведено, и в случае N.crassa такой эффект назывался другим термином — квелинг (англ. Quelling). Дальнейшие исследования показали, что косупресия у растений обусловлена ​​пост-траснкрипцийним угнетением экспрессии гена в результате повышения уровня деградации мРНК.

Вскоре похожий неожиданный эффект был описан при попытке повысить устойчивость растений к вирусным инфекциям. К тому времени было известно, что растения, которые экспрессируют вирусные белки, имеют нечувствительность к инфицированию соответствующим вирусом. Неожиданностью стало то, что для получения такой устойчивости достаточно ввести в геном растения короткие некодирующие последовательности вирусной РНК. Предполагалось, что вирусная РНК, создавалась в растительных клетках, также подавляла репликацию вируса. В обратном эксперименте короткие участки растительных генов вводились в геном вируса. В этом случае наблюдалось угнетение экспрессии соответствующего гена в растительной клетке после ее заражения модифицированным вирусом. Этот феномен получил название «вирус-индуцированное подавление экспрессии генов» (англ. Virus-induced gene silencing, VIGS), а всю совокупность подобных явлений называли пост-транскрипционным подавлением экспрессии генов (англ. Post transcriptional gene silencing). В 1998 году в журнале Nature была опубликована работа Эндрю Фаер и Крейга Мело, в которой они описывали попытку подавления экспрессии генов С.elegans с использованием антисенсових РНК. Эти ученые показали, что введение отдельно коротких РНК, совпадали со последовательностью мРНК этого гена или были антисенсовимы к ней, в клетки нематоды, мало как минимум в 10 раз слабее эффект на экспрессию гена, чем введение смеси обоих типов РНК, которые образовывали двухцепочечную молекулу . Таким образом было показано, что причиной возникновения пост-транскрипционного подавления генов является именно наличие в клетке коротких двухцепочечных молекул РНК. Результатом этих работ стало создание самого термина «РНК-интерференция». Фаер и Мело получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2006 году «за открытие РНК-интерференции — подавления экспрессии генов двухцепочечной РНК».

Молекулярные механизмы

РНК и — это РНК-зависимое подавление (не путать с угнетением транскрипции) экспрессии генов, осуществляется благодаря эффекторные белковом РНК-индуцированном комплекса подавления (англ. RNA-induced silencing complex, RISC) и инициируется короткими двухцепной РНК (длРНК), которые взаимодействуют с этим комплексом в цитоплазме клетки. Существует два пути РНК и: экзогенный и эндогенный. В случае экзогенного пути длРНК происходит с генома вируса или является результатом лабораторных манипуляций. Такие длРНК в цитоплазме режутся на короткие фрагменты ферментом с активностью РНКазы ИИИ Дайсер (англ. Dicer).

Эндогенные дволанцюгови РНК образуются в результате экспрессии собственных генов организма, например генов пре-микроРНК. Процессинг первичных транскриптов этих генов предусматривает образование характерных хвойных структур в ядре, которые позже транспортируются в цитоплазму и разрезаются ферментом Дайсер, в результате чего образуются микроРНК, которые могут взаимодействовать с RISC-комплексом. Таким образом пути экзогенных и эндогенных длРНК сходятся на уровне RISC.

Малые интерферирующие РНК

Малые интерферирующие РНК (миРНК, англ. SiRNA) — это дволанцюгови РНК длиной 21-25 нуклеотидов с двонуклеотиднимы выступлениями на 3 ‘концах. Каждая цепь имеет фосфатную группу на 5’и гидроксильную на 3 ‘конце. Такая структура образуются в результате действия фермента Дайсер на долгие дволанцюгови РНК или РНК, содержащие шпильки. После расщепления Дайсер дволанцюгови миРНК попадают в каталитический RISC-комплекс. В этом комплексе белок аргонавт (англ. Argonaute) расплетает дуплекс РНК, в результате чего в RISC остается только один из двух цепей — «направляющий?». Направляющий цепь миРНК позволяет эффекторные комплекса найти специфическую мРНК-мишень, поскольку он комплементраний к определенной ее участка. Присоединение комплекса siRNA-RISC к мРНК приводит к деградации последней. В отличие от микроРНК, малые интерферирующие РНК, как правило, гибридизуються единственным типом мРНК-мишени очень точно и приводят к ее ендонуклеотичного расщепления.

МикроРНК

МикроРНК, «мир» (англ. MicroRNA, miRNA) — молекулы РНК длиной 21-22 нуклеотидов эндогенного происхождения, участвующих в регуляции экспрессии генов, в частности в процессе индивидуального развития организмов. Гены микроРНК транскрибируются с образованием длинных транскриптов первичной микроРНК (англ. Primordial miRNA), эти РНК процесуються в ядре, в результате чего они превращаются в пре-микроРНК — структуры в виде шпильки длиной примерно 70 нуклеотидов. Комплекс процессинга первичного транскрипта в пре-микроРНК содержит фермент с активностью РНКазы III, называют Drosha, и белок, связывающий двухцепочечную РНК — Pasha. После процессинга pre-miRNA транспортируется из ядра в цитоплазму, где она становится субстратом для фермента Дайсер (в Drosophila melanogaster и С.elegans миРНК и микроРНК процесуються различными изоформами фермента Дайсер). Зрелая молекула микроРНК может связываться с ферментативным RISC-комплексом. Известен также путь процессинга микроРНК, не зависящий от Дайсер. В этом случае пре-микроРНК режется белком-аргонавтом 2. Принципиальная разница между миРНК и микроРНК заключается в том, что у животных последовательность микроРНК полностью не комплементарная последовательности мРНК-мишени, таким образом микроРНК могут ингибировать трансляцию из нескольких различных мРНК, содержащих похожие последовательности (у растений как микроРНК так и миРНК обычно полностью комплементарные к РНК-мишени). МикроРНК присоединяются к 3′-UTR (3′-концевого участка, не транслируется) мРНК и вызывают удаление поли (А) -хвоста? или угнетение трансляции другим путем.

Эффекторный комплекс RISC

RISC (англ. RNA-induced silencing complex, РНК-индуцированный сайленсинг-комплекс) — эффекторный белковый комплекс, обеспечивающий ендонуклеазне расщепления мРНК в процессе РНК-интерференции. Каталитической частью RISC является эндонуклеазы семьи аргонавтов (Argonaute), которые расщепляют мРНК, комплементарную к миРНК или микроРНК RISC-комплекса.

Фрагменты, образующиеся в результате действия фермента Дайсер на двухцепочечную РНК, также двухцепной, и, теоретически, любой из двух цепей может входить в активный RISC-комплекс. Однако с белком-аргонавтом связываются только один из этих цепей, который называется «направляющим» (англ. Guide strand), и только он принимает участие в поиске мРНК-мишени. Другой цепь — цепь-спутник (англ. Passenger strand, anti-guide strand) расщепляется в процессе активации RISC. Ранее считалось, что цепи разделяются АТФ-зависимыми геликазы; сейчас стало известно, что данный процесс является АТФ-независимым и осуществляется непосредственно белками, которые входят в состав RISC. По направляющий обычно выбирается тот цепь, 5’конец которого менее прочно присоединен к комплементарной цепи; на выбор не влияет направление, в котором разрезает длРНК Дайсер. Более стабильный 5′-конец цепи-спутника может выделяться белком R2D2.

Рентгеноструктурный анализ позволил проанализировать связывания молекул РНК с РНК-связывающим доменом белков-аргонавтов. Было установлено, что фосфорилированный 5′-конец одноцепочечной РНК попадает в положительно заряженную карман белка, и через ионы Mg 2+ вступает в стэкинг-взаимодействие с консервативными остатком тирозина. Этот участок белка стимулирует связывание интерферирующих РНК с мишенью мРНК.

Механизм, по которому RISC находит комплементарную мРНК, исследован недостаточно. Показано, что для успешной деградации мРНК комплексом микроРНК-RISC трансляция не является необходимым, более того путь РНК-интерференции может быть эффективным для мРНК-мишеней, которые не транслируются в настоящее время.

Белки-аргонавты является каталитической частью RISC, они локализуются в специальных участках цитоплазмы, известных как Р-тельца (англ. Processing bodies). Р-тельца — это участки с высокими уровнями деградации РНК; показано, что именно здесь наблюдается максимальная активность микроРНК. Разрушение Р-телец приводит к значительному снижению эффективности процесса РНК-интерференции.

Подавление транскрипции

Кроме того, что РНК и действует на уровне подавления трансляции, она также может влиять и на транскрипцию генов. Многие эукариот используют этот путь для поддержания структуры генома. Модификация гистонов позволяет уменьшить экспрессию генов с определенного участка, поскольку этот участок переходит в состояние гетерохроматина. Иногда этот процесс связан с РНК-интерференцией, тогда его называют RITS (англ. RNA-induced transcriptional silencing, РНК-индуцированное угнетение транскрипции). Изучение явления RITS в основном было ограничено исследованием экспрессии участка, отвечающего за тип спаривания у дрожжей Schizosaccharomyces pombe, но полученные данные могут не исполняться для геномов других организмов.

В дрожжей S.pombe подавления транскрипции обеспечивает RITS-комплекс, содержащий аргонавт, белок Chp1 с хромодоменом (домен, который находят в белков, связанных с организацией и перестройкой хроматина), и белок с неизвестной функцией Tas3. Для индукции образования участков гетерохроматина необходим фермент Дайсер, а также белок-аргонавт и РНК-зависимая РНК-полимераза. Делеция этих генов в S.pombe нарушает метилирования гистонов и формирования центромер, из-за чего деление клетки останавливается или замедляется в анафазе.

Для поддержания уже сложившихся участков гетерохроматина RITS формирует комплекс с миРНК, комплементарными к генов в данной области, и стабильно связывается с метилированных гистонами. Этот комплекс обеспечивает котранскрипцийну деградацию любых пре-мРНК, синтез которых инициирует РНК-полимераза. Считается, что участки гетерохроматина поддерживаются на основе положительной обратной связи, потому что новые миРНК формируются РНК-зависимой РНК-полимеразы из случайных транскриптов и включаются в комплекс RITS. Все описанные данные были получены только для S.pombe, у млекопитающих поддержания участков гетерохроматина может быть РНК и-независимым.

Связь с редактированием РНК

Наиболее распространенной формой редактирования РНК в высших эукариот является превращение аденозина в инозин в двухцепочечных РНК, которое осуществляется ферментом аденозиндеаминазы. В 2000 году было предположено, что путь РНК-интерференции и путь редактирования РНК A → I могут конкурировать за общий субстрат — двухцепочечную РНК. Действительно, некоторые пре-микроРНК могут подлежать редактированию A → I, причем этот механизм может регулировать процессинг и экспрессию зрелых молекул микроРНК. У млекопитающих описан как минимумум один фермент РНК-редактирования, может вывести молекулы миРНК из системы РНК и. Исследование линии C.elegans, не имеет генов редактирования A → I, показали, что изменения РНК может предотвращать подавлению экспрессии эндогенных генов и трансгенов по пути РНК и.

Различия между организмами

Организмы отличаются между собой по способности воспринимать чужеродные дволанцюгови РНК и использовать их в процессе РНК-интерференции. У растений и C.elegans (но не у дрозофилы и млекопитающих) эффект РНК-интерференции может быть системным: введение даже небольшого количества длРНК в клетки вызывает угнетение экспрессии соответствующего гена во всем организме, в C.elegans эффект РНК и может даже наследоваться. Для системного действия РНК и сигнал должен амплификуватись и передаваться между клетками. В амплификации сигнала участвует РНК-зависимая РНК-полимераза; считается, что миРНК может выступать праймером для синтеза следующих молекул двухцепочечной РНК, станет субстратом для фермента Дайсер. Транспорт siRNA у растений может происходить по плазмодесмах. Наследование эффектов РНК и у растений может быть независимым от самих РНК, а обеспечиваться метилированием промоторов соответствующих генов, изменен характер метилирования передается каждой из дочерних клеток при делении.

Основные различия в механизме РНК и у животных и растений состоит в том, что у растений эндогенные микроРНК идеально комплементарные к мРНК мишени и в комплексе с RISC вызывают деградацию этой РНК. У животных микроРНК полностью не комплементарные к гену-мишени и вызывают угнетение трансляции, например путем предотвращения взаимодействия факторов инициации трансляции и поли (А) -хвоста мРНК.

В некоторых эукариот, например, паразитических одноклеточных Leishmania major и Trypanosoma cruzi все компоненты РНК и отсутствуют. Большая часть компонентов системы РНК-интерференции также отсутствует и в некоторых грибов, например в пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В других дрожжей, размножаются почкованием, например в Saccharomyces castellii и Candida albicans присутствуют все компоненты РНК-интерференции. Перенос двух белков системы РНК и с S.castellii в клетки S.cerevisiae делает возможной РНК-интерференцию в последних. Тот факт, что некоторые аскомицеты и базидиомицеты не имеют пути РНК-интерференции указывает на то, что гены, кодирующие белки необходимы для данного процесса, были утрачены независимо во многих филогенетических ветвях грибов, вероятно, через эволюцию нового пути с похожими функциями, либо через потерю адаптивной преимущества в данных экологических нишах.

Аналог РНК и у прокариот

В прокариот экспрессия генов зависит от РНК-зависимой системы, похожей к РНК и: РНК-кодирующие гены контролируют количество мРНК и трансляцию из-за образования комплементарных РНК, присоединяются к мРНК. Однако эти регуляторные РНК не считаются гомологичными к микроРНК, поскольку фермент Дайсер не занят в их образовании. Также предполагается, что система интерференции CRISPR (англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, короткие палиндромный повторы, регулярно размещены группами), которая обеспечивает бактериям защиту от бактериофагов, является аналогом эукариотической системы РНК-интерференции. Однако ни один из белковых компонентов этих двух систем не является гомологичными.

Биологические функции

Иммунитет

Система РНК-интерференции — важная часть иммунного ответа на вирусы и другой генетически чужеродный материал, особенно у растений, в которых она также ограничивает распространение транспозонов. Растения (например A.thaliana) имеют несколько гомологов белка Дайсер, которые используются против различных типов вирусов. У растений РНК и, возникающее в ответ на заражение вирусом, имеет системный характер — то есть может распространяться по всему телу растения, а также передаваться от подвоя к привоя. Итак РНК и является механизмом приобретенного противовирусного иммунитета у растений. В ответ в ходе эволюции многие вирусы развили механизмы подавления РНК-интерференции в клетках растений. Описаны вирусные белки, которые могут связывать короткие дволанцюгови РНК с двонуклеотиднимы выступлениями на концах, которые являются продуктами фермента Дайсер. Некоторые растения после заражения определенными бактериями начинают экспрессировать эндогенные миРНК. Такая реакция может быть частью генерализованной ответа организма на патогены, осуществляется путем пригинчення многих метаболических процессов.

Хотя в клетках животных, как правило, экспрессируется меньше вариантов белка Дайсер, чем у растений, система РНК и может участвовать в антивирусной ответы и у них. РНК и играет важную роль в врожденном противовирусного иммунитета, в частности защищает от Х-вируса дрозофилы ювенильные и взрослые особи D.melanogaster. Подобную роль в иммунитете система РНК и играет в C.elegans: экспрессия белков-аргонавтов повышается при вирусной инфекции, при этом нематоды получают устойчивость к вирусным инфекциям.

Роль РНК и в врожденном иммунитете млекопитающих полностью не исследована. Однако тот факт, что некоторые вирусы млекопитающих содержат гены, которые могут подавлять эту систему в клетках хозяина, свидетельствует о том, что РНК и может быть частью противовирусного иммунитета млекопитающих. Однако эта гипотеза пока не имеет достаточного основания и требует дальнейших исследований. Вирусы млекопитающих могут использовать РНК-интерференцию и в других целях, например малые интерферирующие РНК, экспрессируются вирусом герпеса, могут вызвать образование гетерохроматина, что приводит к переходу вируса в латентное состояние.

Подавление экспрессии генов

МикроРНК в геноме большинства эукариот играют важную роль в Подавление экспрессии других генов и в регуляции развития, особенно в определении времени морфогенеза и поддержании недифференцированных или не полностью дифференцированных типов клеток, таких как стволовые клетки. Роль эндогенных микроРНК в Подавление экспрессии генов была впервые описана в C. elegans в 1993 году. У растений такую ​​функцию обнаружили, когда было показано, что «JAW микроРНК» A.thaliana задействована в регуляции нескольких генов, определяющих форму растения. У растений большинство генов, на экспрессию которых влияют микроРНК — это гены транскрипционных факторов, таким образом размах активности РНК и очень широкий, она регулирует цели сетки генов во время эмбриогенеза и влияет на экспрессию главных регуляторных генов, включая факторы траснкрипции и белки F-box. Во многих организмов, в том числе и у людей, микроРНК также могут быть связаны с формированием опухолей и угнетением клеточного цикла. В этом случае отдельные микроРНК могут действовать и как онкоген, и как супрессоры опухолевого роста.

Активация экспрессии генов

РНК последовательности (миРНК или микроРНК), комплементарные к участкам промотора, могут повышать транскрипцию соответствующих генов, этот феномен назвали РНК-активацией. В данном механизме активации генов участвуют белки Дайсер и аргонавты.

Эволюция

Методы вычислительного филогенетического анализа показывают, что ближайший общий предок всех эукариотических организмов имел ранней путь РНК и. Отсутствие этого пути в некоторых эукариот является признаком, приобретенной позже в процессе эволюции. Предковая система РНК и содержала хотя бы один Дайсер-образный белок, один аргонавт, один белок PIWI и РНК-зависимую РНК-полимеразы, которая могла участвовать и в других клеточных процессах. Первичной функцией РНК и был иммунную защиту от экзогенных генетических элементов, таких как вирусные геномы и транспозонов; другие функции, такие как модификация гистонов также могли присутствовать в предковых форм. Однако участвовать в менее родственных процессах, в частности регуляции эмбриогенеза, микроРНК стали позже в процессе эволюции. Гены РНК-интерференции, как часть врожденной иммунной системы многих эукариот, постоянно меняются в результате эволюционной гонки вооружений. Некоторые вирусы «научились» подавлять РНК и в клетках живителя, в частности многие вирусы растений. Исследование скорости эволюции у дрозофилы показали, что на гены пути РНК и действует сильный движущий отбор. Скорость эволюции этих генов является одной из самых высоких в геноме дрозофилы.

Прикладное применение

Нокдаун генов

Путь РНК-интерференции часто используется в биологии для изучения функций отдельных генов, как в культурах клеток, так и in vivo. Двухцепная РНК, один из цепей которой комплементарный к исследуемому гену, вводится в клетку или организм, где она распознается как чужеродная и активирует РНК-интерференцию. Используя этот механизм, ученые могут очень сильно снизить экспрессию гена-мишени. Изучение влияния «выключения» соответствующего гена на организм или клетку дает возможность делать выводы о физиологической роли продукта данного гена. Поскольку РНК и полностью не устраняет экспрессию гена, а только очень существенно ее снижает, такая методика называется «нокдауном» гена, в противовес «нокаута» гена, при котором ген полностью удаляется.

Усилия биоинформатики направлены на то, чтобы разработать целевые дволанцюгови РНК, которые будут иметь максимальное влияние на ген-мишень и минимальные побочные эффекты. Побочные эффекты возникают, когда введена в клетку РНК имеет общие нуклеотидные последовательности с несколькими генами и влияет на них все. Исследование геномов H. sapiens, C. elegans и Schizosaccharomyces pombe показали, что около 10% возможных siRNA будут действовать на гены, отличные от своей мишени. Разработано большое количество программного обеспечения для подбора последовательностей миРНК, в том числе специфических для млекопитающих и вирусов. Эти программы автоматически проверяют возможность перекрестного реагирования с последовательностями других генов.

В зависимости от вида организма и экспериментальной системы, экзогенные РНК могут быть или длинными, в таком случае она должна стать субстратом для расщепления Дайсер, или короткими фрагментами, являются уже готовыми молекулами миРНК. Для большинства клеток млекопитающих используют короткие РНК, поскольку длинные дволанцюгови РНК могут запускать интерфероновую ответ — форму врожденного иммунитета, которая специфично реагирует на любой чужеродный генетический материал. В мыши в яйцеклетках и клетках эмбрионов ранних стадий такая реакция на чужеродное длРНК отсутствует, поэтому эти клетки являются распространенными моделями для изучения эффектов нокдауна генов у млекопитающих. Разрабатываются специальные лабораторные методы, позволяющие улучшить использование РНК и у млекопитающих, избегая прямого ввода миРНК. Одним из таких методов является стабильная трансфекция клеток плазмидой, содержащей последовательность, с которой могут считываться миРНК. Сложная процедура, в которой используются лентивирусни векторы, предусматривает возможность индуцированной активации или деактивации транскрипции, и известна под названием условная РНК и (англ. Conditional RNAi).

Функциональная геномика

Методы функциональной геномики, использующие РНК и, обычно применяют для C. elegans и дрозофилы, потому что в этих модельных организмов РНК и наиболее эффективна. C. elegans — особенно удобный объект по двум причинам: во-первых, эффекты подавления экспрессии генов у нее наследуются, во-вторых — доставка длРНК чрезвычайно проста. Хотя механизм этого явления не вполне понятен, при скармливании бактерий, например E.coli, экспрессирующих нужную РНК, нематоде, РНК проходит через пищеварительную систему в клетки C. elegans. Такая «доставка кормлением» столь же эффективна, как и другие, более дорогие методы, например погружения нематоды в раствор длРНК или введения последней в гонады. Хотя в других организмов доставка значительно сложнее, прикладывается много усилий по использованию методов РНК и в широкомасштабном геномном скрининга в культурах клеток млекопитающих.

Подходы к созданию библиотек РНК и для целых геномов организмов значительно сложнее, чем создание одной миРНК для конкретного эксперимента. Для создания таких библиотек миРНК предсказания эффективности их действия используются искусственные нейронные системы. Массовый геномный скрининг считается многообещающим методом толкования геномов, поэтому развиваются высокопроизводительные методы скрининга, основанные на технологии ДНК-микрочипов. Однако, под вопросом остается то, можно распространять полученные данные даже на близкие виды, например данные о C.elegans на паразитические виды нематод Функциональная геномика, что использует РНК и, особенно привлекательной методикой для картирования и толкования геномов растений, так как многие из них полиплоидные, что затрудняет использование стандартных методов генетической инженерии. Например, РНК и успешно используется для исследования генома пшеницы мягкой Triticum aestivum (гексаплоиды), а также классических объектов, таких как Arabidopsis и кукуруза.

Медицина

Клеточный путь РНК-интерференции потенциально можно использовать для лечения многих заболеваний, в том числе СПИДа, злокачественных новообразований и нейродегенеративных расстройств. Хотя введение длинных длРНК в клетки млекопитающих проблематично из-за интерфероновую ответ, короткие РНК, копируют действие миРНК, дают желаемый эффект. Были проведены первые клинические исследования метода РНК и для лечения дегенерации желтого пятна сетчатки и заражения респираторным синцитиальный вирусом. Также эта методика успешно использовалась для терапии повреждения печени у лабораторных мышей.

Потенциально РНК и может использоваться в антивирусной терапии для лечения инфекции вирусом герпеса 2-го типа, угнетение экспрессии вирусных генов в опухолевых клетках, нокдауна рецепторов и корецепторов к ВИЧ, супрессии генов вирусов гепатита А и В, вируса гриппа, ингибирование репликации вируса кори. Также методики, основанные на РНК и, являются многообещающими для терапии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Хантингтона. Исследуется возможность использования РНК и для лечения рака, путем подавления экспрессии генов, активность которых селективно увеличена в опухолевых клетках, и генов, задействованных в регуляции клеточного цикла. Ключевым вопросом в исследованиях медицинского использования РНК и является разработка безопасных методов доставки длРНК. Сейчас для этого используется много вирусных векторов, подобных тем, что предложенные для использования в генной терапии. Разрабатываются также методики, основанные на РНК и для лечения персистентной инфекции ВИЧ первого типа. Вирусы, похожие на ВИЧ-1, особенно проблематичны в терапии, поскольку потребует комбинации нескольких путей РНК и.

Несмотря на стремительный рост количества исследований, в которых лекарства на основе РНК-интерференции успешно используются в культурах клеток, возникают также и вопрос о безопасности использования таких методов лечения, особенно учитывая возможность побочных эффектов — супрессии генов, имеющих сходные последовательности к гену-мишени . С помощью методов вычислительной геномики было установлено, что вероятность такого неспецифического действия составляет около 10%. Масштабное исследование заболеваний печени мышей показало высокий уровень смертности среди подопытных животных при лечении РНК и. Ученые объясняют такие результаты «перенасыщением» пути длРНК, потому что используются РНК с шипами, что процесуються в ядре и должны переноситься в цитоплазму по механизму активного транспорта. Все эти аспекты сейчас активно исследуются, чтобы установить насколько безопасным является использование данной методики в терапии. Итак, РНК-интерференция является многообещающим инструментом в лечении многих заболеваний, но очень важно проводить тщательные пре-клинические исследования и оценку вероятности неспецифических взаимодействий.

Биотехнология

РНК-интерференция используется в биотехнологии, в частности для создания съедобных растений с меньшим содержанием природных токсинов. Например, семена хлопка содержит много питательного белка, но в его состав входит также и токсический терпеноид госсипол, из-за чего эти семена непригодно для употребления. Использование РНК и позволило создать сорта хлопка с уменьшенной активностью фермента, синтезирующего госсипол, в семенах, но не в других частях растения, где это вещество необходимо для защиты растения от вредителей. Были осуществлены подобные попытки сократить количество цианогенный гликозида линамарин в растениях маниоки (Manihot utilissima).

Хотя ни один из сортов растений, созданных с помощью техники, основанной на РНК и, не прошел пока экспериментальной стадии, эти методы продолжают стремительно развиваться: разработаны сорта помидоров с пониженным содержанием аллергенов, табак с уменьшенным содержанием предшественников канцерогенных веществ. Методики РНК и также использовались и для создания мака Papaver somniferum, содержащий меньше опийных алкалоидов, повышение устойчивости растений к вирусным инфекциям, повышение содержания антикосидантив в томатах. Первые трансгенные растения — помидоры Flavr Sarv и устойчивая к вирусам папайя — были созданы с использованием методики антисенсових РНК, которая, скорее всего, действует по пути РНК-интерференции.

Изображения по теме

  • РНК интерференция
  • РНК интерференция
  • РНК интерференция
  • РНК интерференция
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть