Δείτε τι είναι το "Small RNA" σε άλλα λεξικά. Δείτε τι είναι τα "Μικρά RNA" σε άλλα λεξικά Τα μικρά RNA είναι "δούρειος ίππος" για βακτηριακές πρωτεΐνες

), εμποδίζοντας τη μετάφραση του mRNA στα ριβοσώματα στην πρωτεΐνη που κωδικοποιεί. Τελικά, η επίδραση του μικρού παρεμβαλλόμενου RNA είναι πανομοιότυπη με αυτή της απλής μείωσης της γονιδιακής έκφρασης.

Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA ανακαλύφθηκαν το 1999 από την ομάδα του David Baulcombe στο Ηνωμένο Βασίλειο ως συστατικό ενός μετα-μεταγραφικού συστήματος σίγησης γονιδίων στα φυτά. PTGS, en:post-transscriptional gene silencing). Η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματά της στο περιοδικό Science.

Το δίκλωνο RNA μπορεί να ενισχύσει την έκφραση των γονιδίων μέσω ενός μηχανισμού που ονομάζεται ενεργοποίηση γονιδίων που εξαρτάται από το RNA. RNAa, ενεργοποίηση γονιδίου που προκαλείται από μικρό RNA). Έχει αποδειχθεί ότι τα δίκλωνα RNA που είναι συμπληρωματικά προς τους προαγωγείς των γονιδίων-στόχων προκαλούν ενεργοποίηση των αντίστοιχων γονιδίων. Η εξαρτώμενη από RNA ενεργοποίηση κατά τη χορήγηση συνθετικού δίκλωνου RNA έχει αποδειχθεί για ανθρώπινα κύτταρα. Δεν είναι γνωστό εάν παρόμοιο σύστημα υπάρχει στα κύτταρα άλλων οργανισμών.

Παρέχοντας τη δυνατότητα απενεργοποίησης ουσιαστικά οποιουδήποτε γονιδίου κατά βούληση, οι μικρές παρεμβολές RNA που βασίζονται σε RNA έχουν δημιουργήσει τεράστιο ενδιαφέρον για τη βασική και εφαρμοσμένη βιολογία. Ο αριθμός των δοκιμών ευρείας βάσης που βασίζονται σε RNAi για τον εντοπισμό σημαντικών γονιδίων σε βιοχημικές οδούς αυξάνεται. Δεδομένου ότι η ανάπτυξη ασθενειών καθορίζεται επίσης από τη δραστηριότητα των γονιδίων, αναμένεται ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, η απενεργοποίηση ενός γονιδίου χρησιμοποιώντας μικρό παρεμβαλλόμενο RNA μπορεί να έχει θεραπευτικό αποτέλεσμα.

Ωστόσο, η εφαρμογή μικρών παρεμβολικών παρεμβολών RNA με βάση το RNA στα ζώα, και ιδιαίτερα στον άνθρωπο, αντιμετωπίζει πολλές δυσκολίες. Πειράματα έδειξαν ότι η αποτελεσματικότητα του μικρού παρεμβαλλόμενου RNA είναι διαφορετική για διαφορετικούς τύπους κυττάρων: ορισμένα κύτταρα ανταποκρίνονται εύκολα στην επίδραση του μικρού παρεμβαλλόμενου RNA και επιδεικνύουν μείωση της γονιδιακής έκφρασης, ενώ σε άλλα αυτό δεν παρατηρείται, παρά την αποτελεσματική επιμόλυνση. Οι λόγοι αυτού του φαινομένου εξακολουθούν να είναι ελάχιστα κατανοητοί.

Τα αποτελέσματα από τις δοκιμές φάσης 1 των δύο πρώτων θεραπευτικών RNAi (που προορίζονται για τη θεραπεία της εκφύλισης της ωχράς κηλίδας), που δημοσιεύθηκαν στα τέλη του 2005, δείχνουν ότι τα μικρά παρεμβαλλόμενα φάρμακα RNA είναι εύκολα ανεκτά από τους ασθενείς και έχουν αποδεκτές φαρμακοκινητικές ιδιότητες.

Προκαταρκτικές κλινικές δοκιμές μικρών παρεμβαλλόμενων RNA που στοχεύουν τον ιό Έμπολα δείχνουν ότι μπορεί να είναι αποτελεσματικά για την προφύλαξη από τη νόσο μετά την έκθεση. Αυτό το φάρμακο επέτρεψε σε ολόκληρη την ομάδα των πειραματικών πρωτευόντων να επιβιώσει αφού έλαβαν μια θανατηφόρα δόση του ιού Έμπολα του Ζαΐρ

Η καταστροφή του mRNA στόχου μπορεί επίσης να συμβεί υπό την επίδραση μικρού παρεμβαλλόμενου RNA (siRNA). Η παρεμβολή RNA είναι μια από τις νέες επαναστατικές ανακαλύψεις στη μοριακή βιολογία και οι συγγραφείς της έλαβαν το βραβείο Νόμπελ για αυτήν το 2002. Τα παρεμβαλλόμενα RNA είναι πολύ διαφορετικά στη δομή από άλλους τύπους RNA και είναι δύο συμπληρωματικά μόρια RNA μήκους περίπου 21-28 βάσεων αζώτου, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους σαν κλώνοι σε ένα μόριο DNA. Σε αυτή την περίπτωση, δύο ασύζευκτα νουκλεοτίδια παραμένουν πάντα στα άκρα κάθε αλυσίδας siRNA. Η κρούση πραγματοποιείται ως εξής. Όταν ένα μόριο siRNA βρίσκεται μέσα σε ένα κύτταρο, στο πρώτο στάδιο δεσμεύεται σε ένα σύμπλεγμα με δύο ενδοκυτταρικά ένζυμα - την ελικάση και τη νουκλεάση. Αυτό το συγκρότημα ονομάστηκε RISC ( RΝΑ- Εγώπου προκαλείται μικρόσιωπηλός ντοσυγκρότημα; σιωπή - αγγλικά σιωπά, σιωπά. σιωπή - σιωπή, έτσι ονομάζεται η διαδικασία «απενεργοποίησης» ενός γονιδίου στην αγγλική και εξειδικευμένη βιβλιογραφία). Στη συνέχεια, η ελικάση ξετυλίγει και διαχωρίζει τους κλώνους siRNA και ένας από τους κλώνους (αντινόημα στη δομή) σε σύμπλοκο με τη νουκλεάση αλληλεπιδρά ειδικά με τη συμπληρωματική (αυστηρά αντίστοιχη σε αυτήν) περιοχή του mRNA στόχου, η οποία επιτρέπει στη νουκλεάση να το κόψει σε δύο μέρη. Τα κομμένα τμήματα του mRNA στη συνέχεια εκτίθενται στη δράση άλλων κυτταρικών νουκλεασών RNA, που τα κόβουν περαιτέρω σε μικρότερα κομμάτια.

Τα SiRNA που βρίσκονται σε φυτά και σε κατώτερους ζωικούς οργανισμούς (έντομα) αποτελούν σημαντικό μέρος ενός είδους «ενδοκυτταρικής ανοσίας» που τους επιτρέπει να αναγνωρίζουν και να καταστρέφουν γρήγορα ξένο RNA. Εάν ένα RNA που περιέχει έναν ιό έχει εισέλθει στο κύτταρο, ένα τέτοιο σύστημα προστασίας θα εμποδίσει τον πολλαπλασιασμό του. Εάν ο ιός περιέχει DNA, το σύστημα siRNA θα τον εμποδίσει να παράγει ιικές πρωτεΐνες (καθώς το απαραίτητο mRNA για αυτό θα αναγνωριστεί και θα κοπεί) και η χρήση αυτής της στρατηγικής θα επιβραδύνει την εξάπλωσή του σε όλο το σώμα. Έχει διαπιστωθεί ότι το σύστημα siRNA είναι εξαιρετικά διακριτικό: κάθε siRNA θα αναγνωρίσει και θα καταστρέψει μόνο το δικό του συγκεκριμένο mRNA. Η αντικατάσταση ενός μόνο νουκλεοτιδίου εντός του siRNA οδηγεί σε απότομη μείωση του φαινομένου παρεμβολής. Κανένας από τους γνωστούς μέχρι τώρα αναστολείς γονιδίων δεν έχει τόσο εξαιρετική ειδικότητα για το γονίδιο στόχο του.

Επί του παρόντος, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως στην επιστημονική έρευνα για τον εντοπισμό των λειτουργιών διαφόρων κυτταρικών πρωτεϊνών. Ωστόσο, θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί και για τη δημιουργία φαρμάκων.

Η ανακάλυψη της παρεμβολής RNA έδωσε νέες ελπίδες στην καταπολέμηση του AIDS και του καρκίνου. Είναι πιθανό ότι με τη χρήση θεραπείας siRNA σε συνδυασμό με παραδοσιακές αντιικές και αντικαρκινικές θεραπείες, μπορεί να επιτευχθεί ένα αποτέλεσμα ενίσχυσης, όπου οι δύο θεραπείες καταλήγουν σε μεγαλύτερο θεραπευτικό αποτέλεσμα από το απλό άθροισμα της καθεμίας που χορηγείται μόνη της.

Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ο μηχανισμός παρεμβολής siRNA σε κύτταρα θηλαστικών για θεραπευτικούς σκοπούς, πρέπει να εισαχθούν έτοιμα δίκλωνα μόρια siRNA στα κύτταρα. Ωστόσο, υπάρχει μια σειρά προβλημάτων που επί του παρόντος δεν επιτρέπουν να γίνει αυτό στην πράξη, πολύ λιγότερο να δημιουργηθούν οποιεσδήποτε δοσολογικές μορφές. Πρώτον, στο αίμα επηρεάζονται από το πρώτο κλιμάκιο της άμυνας του σώματος, τα ένζυμα - νουκλεάσες, που κόβει δυνητικά επικίνδυνους και ασυνήθιστους διπλούς κλώνους RNA για το σώμα μας. Δεύτερον, παρά το όνομά τους, τα μικρά RNA είναι ακόμα αρκετά μεγάλα και, το πιο σημαντικό, φέρουν αρνητικό ηλεκτροστατικό φορτίο, το οποίο καθιστά αδύνατη την παθητική διείσδυσή τους στο κύτταρο. Και τρίτον, ένα από τα πιο σημαντικά ερωτήματα είναι πώς να κάνουμε το siRNA να λειτουργεί (ή να διεισδύει) μόνο σε ορισμένα («άρρωστα») κύτταρα, χωρίς να επηρεάζονται τα υγιή; Και τέλος υπάρχει το θέμα του μεγέθους. Το βέλτιστο μέγεθος τέτοιου συνθετικού siRNA είναι τα ίδια 21-28 νουκλεοτίδια. Εάν αυξήσετε το μήκος του, τα κύτταρα θα ανταποκριθούν παράγοντας ιντερφερόνη και μειώνοντας τη σύνθεση πρωτεϊνών. Από την άλλη πλευρά, εάν προσπαθήσετε να χρησιμοποιήσετε siRNA μικρότερο από 21 νουκλεοτίδια, η ειδικότητα της δέσμευσής του στο επιθυμητό mRNA και η ικανότητα σχηματισμού του συμπλέγματος RISC μειώνονται απότομα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η υπέρβαση αυτών των προβλημάτων είναι κρίσιμη όχι μόνο για τη θεραπεία με siRNA, αλλά και για τη γονιδιακή θεραπεία γενικότερα.

Έχει ήδη σημειωθεί κάποια πρόοδος στην επίλυσή τους. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες προσπαθούν να κάνουν τα μόρια siRNA πιο αποτελεσματικά με χημικές τροποποιήσεις. λιπόφιλος, δηλαδή, ικανό να διαλυθεί στα λίπη που αποτελούν την κυτταρική μεμβράνη και έτσι να διευκολύνει τη διείσδυση του siRNA στο κύτταρο. Και για να διασφαλιστεί η εξειδίκευση της εργασίας σε ορισμένους μόνο ιστούς, οι γενετικοί μηχανικοί περιλαμβάνουν στις κατασκευές τους ειδικά ρυθμιστικά τμήματα, τα οποία ενεργοποιούνται και ενεργοποιούν την ανάγνωση των πληροφοριών που περιέχονται σε μια τέτοια κατασκευή (και επομένως το siRNA, εάν περιλαμβάνεται εκεί). μόνο σε ορισμένα υφάσματα κυττάρων.

Έτσι, ερευνητές από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο ανέπτυξαν ένα νέο αποτελεσματικό σύστημα για την παροχή μικρού παρεμβαλλόμενου RNA (siRNA), το οποίο καταστέλλει την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών, στα κύτταρα. Αυτό το σύστημα θα πρέπει να γίνει η βάση για την τεχνολογία για τη χορήγηση ειδικών φαρμάκων σε διάφορους τύπους καρκινικών όγκων. «Τα μικρά παρεμβαλλόμενα RNA, τα οποία πραγματοποιούν μια διαδικασία που ονομάζεται παρεμβολή RNA, έχουν απίστευτες δυνατότητες για τη θεραπεία του καρκίνου», εξηγεί ο καθηγητής Steven Dowdy, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας: «και παρόλο που έχουμε ακόμη πολλή δουλειά να κάνουμε, έχουμε τώρα αναπτύξει τεχνολογία που παρέχει φάρμακα σε έναν πληθυσμό κυττάρων – τόσο τον πρωτοπαθή όγκο όσο και τις μεταστάσεις, χωρίς να βλάπτει τα υγιή κύτταρα».

Για πολλά χρόνια, ο Dowdy και οι συνεργάτες του μελετούν το αντικαρκινικό δυναμικό των μικρών παρεμβαλλόμενων RNA. Ωστόσο, τα συμβατικά siRNA είναι μικροσκοπικά, αρνητικά φορτισμένα μόρια που, λόγω των ιδιοτήτων τους, είναι εξαιρετικά δύσκολο να παραδοθούν στα κύτταρα. Για να το επιτύχουν αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια σύντομη πρωτεΐνη σηματοδότησης PTD (πεδίο μεταγωγής πεπτιδίων). Προηγουμένως, δημιουργήθηκαν περισσότερες από 50 «υβριδικές πρωτεΐνες» με τη χρήση του, στις οποίες η PTD συνδυαζόταν με πρωτεΐνες καταστολής όγκου.

Ωστόσο, η απλή σύνδεση του siRNA με το PTD δεν οδηγεί σε παράδοση RNA στο κύτταρο: το siRNA είναι αρνητικά φορτισμένο, το PTD είναι θετικά φορτισμένο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός πυκνού συσσωματώματος RNA-πρωτεΐνης που δεν μεταφέρεται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Έτσι, οι ερευνητές πρώτα συνέδεσαν το PTD με έναν τομέα δέσμευσης πρωτεΐνης RNA που εξουδετέρωσε το αρνητικό φορτίο του siRNA (με αποτέλεσμα μια πρωτεΐνη σύντηξης που ονομάζεται PTD-DRBD). Ένα τέτοιο σύμπλεγμα RNA-πρωτεΐνης περνά εύκολα μέσω της κυτταρικής μεμβράνης και εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, όπου αναστέλλει ειδικά τις πρωτεΐνες αγγελιαφόρου RNA που ενεργοποιούν την ανάπτυξη του όγκου.

Για να δοκιμάσουν την ικανότητα της πρωτεΐνης σύντηξης PTD-DRBD να παρέχει siRNA στα κύτταρα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια κυτταρική σειρά που προέρχεται από τον ανθρώπινο καρκίνο του πνεύμονα. Μετά την επεξεργασία των κυττάρων με PTD-DRBD-siRNA, βρέθηκε ότι τα καρκινικά κύτταρα ήταν πιο ευαίσθητα στο siRNA, ενώ στα φυσιολογικά κύτταρα (Τ κύτταρα, ενδοθηλιακά κύτταρα και εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες), όπου δεν υπήρχε αυξημένη παραγωγή ογκογόνου πρωτεϊνών, δεν παρατηρήθηκαν τοξικές επιδράσεις.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να υποβληθεί σε διάφορες τροποποιήσεις χρησιμοποιώντας διαφορετικά siRNA για την καταστολή διαφορετικών πρωτεϊνών όγκου - όχι μόνο εκείνων που παράγονται σε περίσσεια, αλλά και μεταλλαγμένων. Είναι επίσης δυνατή η τροποποίηση της θεραπείας σε περίπτωση υποτροπής όγκων, οι οποίοι συνήθως γίνονται ανθεκτικοί στα φάρμακα χημειοθεραπείας λόγω νέων μεταλλάξεων.

Οι ογκολογικές ασθένειες είναι πολύ μεταβλητές και τα μοριακά χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών των καρκινικών κυττάρων είναι ατομικά για κάθε ασθενή. Οι συγγραφείς της εργασίας πιστεύουν ότι σε αυτήν την κατάσταση, η χρήση μικρού παρεμβαλλόμενου RNA είναι η πιο ορθολογική προσέγγιση στη θεραπεία.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η εσφαλμένη έκφραση μικρών RNA είναι μία από τις αιτίες μιας σειράς ασθενειών που επηρεάζουν σοβαρά την υγεία πολλών ανθρώπων σε όλο τον κόσμο. Αυτές οι ασθένειες περιλαμβάνουν τα καρδιαγγειακά 23 και τον καρκίνο 24 . Όσο για το τελευταίο, αυτό δεν προκαλεί έκπληξη: ο καρκίνος υποδηλώνει ανωμαλίες στην ανάπτυξη των κυττάρων και τη μοίρα τους, και τα μικρά RNA παίζουν κρίσιμο ρόλο στις αντίστοιχες διεργασίες. Εδώ είναι ένα από τα πιο σημαντικά παραδείγματα της τεράστιας επίδρασης που έχουν τα μικρά RNA στο σώμα κατά τη διάρκεια του καρκίνου. Μιλάμε για έναν κακοήθη όγκο, ο οποίος χαρακτηρίζεται από λανθασμένη έκφραση των γονιδίων εκείνων που δρουν κατά την αρχική ανάπτυξη του οργανισμού, και όχι στη μεταγεννητική περίοδο. Πρόκειται για έναν τύπο παιδικού όγκου στον εγκέφαλο που εμφανίζεται συνήθως πριν από την ηλικία των δύο ετών. Δυστυχώς, αυτή είναι μια πολύ επιθετική μορφή καρκίνου και η πρόγνωση εδώ είναι δυσμενής ακόμη και με εντατική θεραπεία. Η ογκολογική διαδικασία αναπτύσσεται λόγω ακατάλληλης ανακατανομής του γενετικού υλικού στα εγκεφαλικά κύτταρα. Ένας προαγωγέας που κανονικά οδηγεί την ισχυρή έκφραση ενός από τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη υφίσταται ανασυνδυασμό με ένα συγκεκριμένο σύμπλεγμα μικρών RNA. Τότε ολόκληρη αυτή η αναδιαταχθείσα περιοχή υφίσταται ενίσχυση: με άλλα λόγια, δημιουργούνται πολλά αντίγραφά της στο γονιδίωμα. Κατά συνέπεια, μικρά RNA που βρίσκονται «κατάντη» του μετατοπισμένου προαγωγέα εκφράζονται πολύ πιο έντονα από ό,τι θα έπρεπε. Το επίπεδο των ενεργών μικρών RNA είναι περίπου 150-1000 φορές υψηλότερο από το κανονικό.

Ρύζι. 18.3.Μικρά RNA που ενεργοποιούνται από το αλκοόλ μπορούν να συνδυαστούν με αγγελιαφόρα RNA που δεν επηρεάζουν την αντίσταση του σώματος στις επιδράσεις του αλκοόλ. Αλλά αυτά τα μικρά RNA δεν συνδέονται με τα μόρια αγγελιαφόρου RNA που προάγουν τέτοια αντίσταση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια σχετική υπεροχή της αναλογίας των μορίων αγγελιαφόρου RNA που κωδικοποιούν παραλλαγές πρωτεΐνης που σχετίζονται με την ανοχή στο αλκοόλ.

Αυτό το σύμπλεγμα κωδικοποιεί περισσότερα από 40 διαφορετικά μικρά RNA. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι γενικά το μεγαλύτερο από αυτά τα σμήνη που βρέθηκαν σε πρωτεύοντα. Συνήθως εκφράζεται μόνο νωρίς στην ανθρώπινη ανάπτυξη, στις πρώτες 8 εβδομάδες της εμβρυϊκής ζωής. Η ισχυρή ενεργοποίησή του στον εγκέφαλο του βρέφους οδηγεί σε καταστροφικές επιπτώσεις στη γενετική έκφραση. Μια συνέπεια είναι η έκφραση μιας επιγενετικής πρωτεΐνης που προσθέτει τροποποιήσεις στο DNA. Αυτό οδηγεί σε εκτεταμένες αλλαγές σε ολόκληρο το μοτίβο της μεθυλίωσης του DNA, και συνεπώς σε ανώμαλη έκφραση όλων των ειδών γονιδίων, πολλά από τα οποία θα πρέπει να εκφράζονται μόνο όταν τα ανώριμα εγκεφαλικά κύτταρα διαιρούνται κατά τα πρώιμα στάδια ανάπτυξης. Έτσι ξεκινά το πρόγραμμα καρκίνου στα κύτταρα του μωρού 25.

Μια τέτοια επικοινωνία μεταξύ μικρών RNA και του επιγενετικού μηχανισμού του κυττάρου μπορεί να έχει σημαντικό αντίκτυπο σε άλλες καταστάσεις όπου τα κύτταρα αναπτύσσουν προδιάθεση για καρκίνο. Αυτός ο μηχανισμός πιθανότατα έχει ως αποτέλεσμα η επίδραση της διακοπής της έκφρασης του μικρού RNA να ενισχύεται από αλλαγές στις επιγενετικές τροποποιήσεις που μεταδίδονται στα θυγατρικά κύτταρα από τη μητέρα. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει ένα μοτίβο δυνητικά επικίνδυνων αλλαγών στο πρότυπο γονιδιακής έκφρασης.

Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες δεν έχουν καταλάβει όλα τα στάδια της αλληλεπίδρασης των μικρών RNA με τις επιγενετικές διεργασίες, αλλά μπορούν ακόμα να πάρουν κάποιες συμβουλές για τα χαρακτηριστικά αυτού που συμβαίνει. Για παράδειγμα, αποδείχθηκε ότι μια συγκεκριμένη κατηγορία μικρών RNA, που ενισχύουν την επιθετικότητα του καρκίνου του μαστού, στοχεύει ορισμένα ένζυμα στα αγγελιαφόρα RNA που αφαιρούν βασικές επιγενετικές τροποποιήσεις. Αυτό αλλάζει το πρότυπο των επιγενετικών τροποποιήσεων στο καρκινικό κύτταρο και διαταράσσει περαιτέρω τη γενετική έκφραση 26 .

Πολλές μορφές καρκίνου είναι δύσκολο να εντοπιστούν σε έναν ασθενή. Ογκολογικές διεργασίες μπορεί να εμφανιστούν σε δυσπρόσιτα σημεία, γεγονός που περιπλέκει τη διαδικασία δειγματοληψίας. Σε τέτοιες περιπτώσεις, δεν είναι εύκολο για τον γιατρό να παρακολουθεί την εξέλιξη της διαδικασίας του καρκίνου και την ανταπόκριση στη θεραπεία. Συχνά οι γιατροί αναγκάζονται να βασίζονται σε έμμεσες μετρήσεις - ας πούμε, μια τομογραφία ενός όγκου. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι μικρά μόρια RNA θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία μιας νέας τεχνικής για την παρακολούθηση της ανάπτυξης του όγκου, η οποία θα μπορούσε επίσης να μελετήσει την προέλευσή του. Όταν τα καρκινικά κύτταρα πεθαίνουν, μικρά RNA εγκαταλείπουν το κύτταρο όταν αυτό σπάσει. Αυτά τα μικρά άχρηστα μόρια συχνά σχηματίζουν σύμπλοκα με κυτταρικές πρωτεΐνες ή τυλίγονται σε θραύσματα κυτταρικών μεμβρανών. Λόγω αυτού, είναι πολύ σταθερά στα σωματικά υγρά, πράγμα που σημαίνει ότι τέτοια RNA μπορούν να απομονωθούν και να αναλυθούν. Δεδομένου ότι οι ποσότητες τους είναι μικρές, οι ερευνητές θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν πολύ ευαίσθητες μεθόδους ανάλυσης. Ωστόσο, τίποτα δεν είναι αδύνατο εδώ: η ευαισθησία της αλληλουχίας νουκλεϊκών οξέων αυξάνεται συνεχώς 27 . Έχουν δημοσιευθεί δεδομένα που επιβεβαιώνουν την υπόσχεση αυτής της προσέγγισης για τον καρκίνο του μαστού 28 , τον καρκίνο των ωοθηκών 29 και έναν αριθμό άλλων καρκίνων. Η ανάλυση των μικρών κυκλοφορούντων RNA σε ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα έδειξε ότι αυτά τα RNA βοηθούν στη διάκριση μεταξύ ασθενών με μονήρη πνευμονικό όζο (που δεν χρειάζεται θεραπεία) και ασθενών που αναπτύσσουν οζίδια κακοήθους όγκου (που απαιτούν θεραπεία) 30 .

Σε ένα ζωντανό κύτταρο, η ροή πληροφοριών μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος δεν στεγνώνει ποτέ, αλλά η κατανόηση όλων των «στροβιλισμών» του και η αποκρυπτογράφηση των πληροφοριών που κωδικοποιούνται σε αυτό είναι πραγματικά μια ηράκλεια εργασία. Μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στη βιολογία του περασμένου αιώνα μπορεί να θεωρηθεί η ανακάλυψη μορίων πληροφοριών (ή μήτρας) RNA (mRNA ή mRNA), τα οποία χρησιμεύουν ως ενδιάμεσοι μεταφέροντας «μηνύματα» πληροφοριών από τον πυρήνα (από τα χρωμοσώματα) στο κυτταρόπλασμα. . Ο καθοριστικός ρόλος του RNA στη σύνθεση πρωτεϊνών είχε προβλεφθεί το 1939 στο έργο του Thorbjörn Kaspersson. Torbjörn Caspersson), Jean Bracheta ( Jean Brachet) και ο Τζακ Σουλτς ( Τζακ Σουλτς), και το 1971 ο Γιώργος Μαρμπέης ( George Marbaix) πυροδότησε τη σύνθεση αιμοσφαιρίνης σε ωοκύτταρα βατράχου με έγχυση του πρώτου απομονωμένου αγγελιοφόρου RNA κουνελιού που κωδικοποιεί αυτήν την πρωτεΐνη.

Το 1956-1957 στη Σοβιετική Ένωση, ο A. N. Belozersky και ο A. S. Spirin απέδειξαν ανεξάρτητα την ύπαρξη mRNA και επίσης ανακάλυψαν ότι το μεγαλύτερο μέρος του RNA σε ένα κύτταρο δεν είναι πρότυπο, αλλά ριβοσωμικό RNA(rRNA). Το ριβοσωμικό RNA - ο δεύτερος «κύριος» τύπος κυτταρικού RNA - σχηματίζει τον «σκελετό» και το λειτουργικό κέντρο των ριβοσωμάτων σε όλους τους οργανισμούς. Είναι το rRNA (και όχι οι πρωτεΐνες) που ρυθμίζει τα κύρια στάδια της πρωτεϊνοσύνθεσης. Ταυτόχρονα, περιγράφηκε και μελετήθηκε ο τρίτος «κύριος» τύπος RNA - τα RNA μεταφοράς (tRNA), τα οποία σε συνδυασμό με δύο άλλα - mRNA και rRNA - σχηματίζουν ένα ενιαίο σύμπλεγμα πρωτεϊνοσύνθεσης. Σύμφωνα με την αρκετά δημοφιλή υπόθεση του «κόσμου RNA», ήταν αυτό το νουκλεϊκό οξύ που βρισκόταν στην ίδια την αρχή της ζωής στη Γη.

Λόγω του γεγονότος ότι το RNA είναι πολύ πιο υδρόφιλο σε σύγκριση με το DNA (λόγω της αντικατάστασης της δεοξυριβόζης με ριβόζη), είναι πιο ασταθές και μπορεί να κινείται σχετικά ελεύθερα στο κύτταρο, και επομένως παρέχει βραχύβια αντίγραφα γενετικής πληροφορίας (mRNA). στο μέρος όπου αρχίζει η πρωτεϊνοσύνθεση. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί η "ταλαιπωρία" που σχετίζεται με αυτό - το RNA είναι πολύ ασταθές. Είναι πολύ χειρότερα αποθηκευμένο από το DNA (ακόμη και μέσα σε ένα κύτταρο) και υποβαθμίζεται με την παραμικρή αλλαγή των συνθηκών (θερμοκρασία, pH). Εκτός από τη «δική» αστάθεια, μια μεγάλη συνεισφορά ανήκει στις ριβονουκλεάσες (ή RNases) - μια κατηγορία ενζύμων διάσπασης RNA που είναι πολύ σταθερά και «πανταχού παρόντα» - ακόμη και το δέρμα των χεριών του πειραματιστή περιέχει αρκετά από αυτά τα ένζυμα για να τα αρνηθεί. ολόκληρο το πείραμα. Εξαιτίας αυτού, η εργασία με RNA είναι πολύ πιο δύσκολη από ό,τι με πρωτεΐνες ή DNA - το τελευταίο μπορεί γενικά να αποθηκευτεί για εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια χωρίς ουσιαστικά καμία ζημιά.

Φανταστική φροντίδα κατά τη διάρκεια της εργασίας, τρι-απόσταγμα, αποστειρωμένα γάντια, εργαστηριακά γυάλινα σκεύη μιας χρήσης - όλα αυτά είναι απαραίτητα για την πρόληψη της υποβάθμισης του RNA, αλλά η διατήρηση τέτοιων προτύπων δεν ήταν πάντα δυνατή. Ως εκ τούτου, για μεγάλο χρονικό διάστημα, απλά δεν έδωσαν προσοχή σε μικρά «θραύσματα» RNA, τα οποία αναπόφευκτα μόλυναν διαλύματα. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, κατέστη σαφές ότι, παρά όλες τις προσπάθειες να διατηρηθεί η στειρότητα της περιοχής εργασίας, συνέχισαν φυσικά να ανακαλύπτονται «συντρίμμια» και στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι χιλιάδες βραχέων δίκλωνων RNAs υπάρχουν πάντα στο κυτταρόπλασμα , εκτελώντας πολύ συγκεκριμένες λειτουργίες και είναι απολύτως απαραίτητες για τη φυσιολογική ανάπτυξη των κυττάρων και του οργανισμού.

Αρχή της παρεμβολής RNA

Οι φαρμακοποιοί ενδιαφέρθηκαν επίσης για τη δυνατότητα χρήσης του siRNA, καθώς η ικανότητα να ρυθμίζεται ειδικά η λειτουργία μεμονωμένων γονιδίων υπόσχεται πρωτόγνωρες προοπτικές στη θεραπεία μιας σειράς ασθενειών. Το μικρό μέγεθος και η υψηλή ειδικότητα δράσης υπόσχονται υψηλή αποτελεσματικότητα και χαμηλή τοξικότητα των φαρμάκων που βασίζονται σε siRNA. λυσε ομως το προβλημα διανομήΤο siRNA σε άρρωστα κύτταρα στο σώμα δεν έχει ακόμη πετύχει - αυτό οφείλεται στην ευθραυστότητα και την ευθραυστότητα αυτών των μορίων. Και παρόλο που δεκάδες ομάδες προσπαθούν τώρα να βρουν έναν τρόπο να κατευθύνουν αυτές τις «μαγικές σφαίρες» ακριβώς στον στόχο (μέσα σε άρρωστα όργανα), δεν έχουν ακόμη επιτύχει ορατή επιτυχία. Εκτός από αυτό, υπάρχουν και άλλες δυσκολίες. Για παράδειγμα, στην περίπτωση της αντιιικής θεραπείας, η υψηλή εκλεκτικότητα της δράσης του siRNA μπορεί να είναι κακό - καθώς οι ιοί μεταλλάσσονται γρήγορα, το τροποποιημένο στέλεχος θα χάσει πολύ γρήγορα την ευαισθησία στο siRNA που επιλέχθηκε στην αρχή της θεραπείας: είναι γνωστό ότι Η αντικατάσταση ενός μόνο νουκλεοτιδίου στο siRNA οδηγεί σε σημαντική μείωση της επίδρασης παρεμβολής.

Σε αυτό το σημείο αξίζει να θυμηθούμε ξανά - ανακαλύφθηκαν τα siRNA μόνο σε φυτά, ασπόνδυλα και μονοκύτταρους οργανισμούς; Αν και ομόλογα πρωτεϊνών για παρεμβολή RNA (Dicer, σύμπλεγμα RISC) υπάρχουν επίσης σε ανώτερα ζώα, τα siRNA δεν ανιχνεύθηκαν με συμβατικές μεθόδους. Τι έκπληξη ήταν όταν εισήχθη τεχνητάσυνθετικά ανάλογα siRNA προκάλεσαν ισχυρή ειδική δοσοεξαρτώμενη επίδραση σε κυτταροκαλλιέργειες θηλαστικών! Αυτό σήμαινε ότι στα κύτταρα των σπονδυλωτών, η παρεμβολή RNA δεν αντικαταστάθηκε από πιο πολύπλοκα ανοσοποιητικά συστήματα, αλλά εξελίχθηκε μαζί με τους οργανισμούς, μετατρέποντας σε κάτι πιο «προηγμένο». Κατά συνέπεια, στα θηλαστικά ήταν απαραίτητο να αναζητηθούν όχι ακριβή ανάλογα των siRNAs, αλλά για τους εξελικτικούς διαδόχους τους.

Παίκτης #2 - microRNA

Πράγματι, με βάση τον εξελικτικά αρκετά αρχαίο μηχανισμό της παρεμβολής RNA, εμφανίστηκαν δύο εξειδικευμένα συστήματα για τον έλεγχο της λειτουργίας των γονιδίων σε πιο ανεπτυγμένους οργανισμούς, ο καθένας χρησιμοποιώντας τη δική του ομάδα μικρών RNA - microRNA(microRNA) και piRNA(piRNA, Piwi-αλληλεπιδρών RNA). Και τα δύο συστήματα εμφανίστηκαν σε σφουγγάρια και συνεντερικά και εξελίχθηκαν μαζί με αυτά, εκτοπίζοντας το siRNA και τον μηχανισμό της «γυμνής» παρεμβολής RNA. Ο ρόλος τους στην παροχή ανοσίας μειώνεται, αφού αυτή τη λειτουργία έχουν αναλάβει πιο προηγμένοι μηχανισμοί κυτταρικής ανοσίας, ιδίως το σύστημα ιντερφερόνης. Ωστόσο, αυτό το σύστημα είναι τόσο ευαίσθητο που ενεργοποιεί και το ίδιο το siRNA: η εμφάνιση μικρού δίκλωνου RNA σε ένα κύτταρο θηλαστικού ενεργοποιεί ένα «σήμα συναγερμού» (ενεργοποιεί την έκκριση ιντερφερόνης και προκαλεί την έκφραση γονιδίων που εξαρτώνται από την ιντερφερόνη, τα οποία μπλοκάρει πλήρως όλες τις μεταφραστικές διαδικασίες). Από αυτή την άποψη, ο μηχανισμός της παρεμβολής RNA σε ανώτερα ζώα διαμεσολαβείται κυρίως από microRNAs και piRNAs - μονόκλωνα μόρια με συγκεκριμένη δομή που δεν ανιχνεύονται από το σύστημα ιντερφερόνης.

Καθώς το γονιδίωμα γινόταν πιο πολύπλοκο, τα microRNA και τα piRNA εμπλέκονταν όλο και περισσότερο στη ρύθμιση της μεταγραφής και της μετάφρασης. Με τον καιρό, μετατράπηκαν σε ένα πρόσθετο, ακριβές και λεπτό σύστημα ρύθμισης του γονιδιώματος. Σε αντίθεση με το siRNA, το microRNA και το piRNA (που ανακαλύφθηκαν το 2001, βλέπε Πλαίσιο 3) δεν παράγονται από ξένα δίκλωνα μόρια RNA, αλλά κωδικοποιούνται αρχικά στο γονιδίωμα του ξενιστή.

Γνωρίστε: microRNA

Ο πρόδρομος microRNA μεταγράφεται και από τους δύο κλώνους του γονιδιωματικού DNA από την RNA πολυμεράση II, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μιας ενδιάμεσης μορφής - pri-microRNA - που φέρει τα χαρακτηριστικά του συνηθισμένου mRNA - m 7 G-cap και polyA ουράς. Αυτός ο πρόδρομος σχηματίζει έναν βρόχο με δύο μονόκλωνες «ουρές» και πολλά μη ζευγαρωμένα νουκλεοτίδια στο κέντρο (Εικ. 3). Ένας τέτοιος βρόχος υφίσταται επεξεργασία δύο σταδίων (Εικ. 4): πρώτον, η ενδονουκλεάση Drosha κόβει τις μονόκλωνες «ουρές» RNA από τη φουρκέτα, μετά την οποία η αποκομμένη φουρκέτα (pre-microRNA) εξάγεται στο κυτταρόπλασμα, όπου αναγνωρίζεται από τον Dicer, ο οποίος κάνει δύο ακόμη τομές (ένα δίκλωνο τμήμα κόβεται , που υποδεικνύεται με χρώμα στο Σχ. 3). Σε αυτή τη μορφή, το ώριμο microRNA, παρόμοιο με το siRNA, περιλαμβάνεται στο σύμπλεγμα RISC.

Εικόνα 3. Δομή ενός δίκλωνου μορίου πρόδρομου microRNA.Κύρια χαρακτηριστικά: η παρουσία διατηρημένων ακολουθιών που σχηματίζουν μια φουρκέτα. την παρουσία ενός συμπληρωματικού αντιγράφου (microRNA*) με δύο «επιπλέον» νουκλεοτίδια στο άκρο 3'. μια συγκεκριμένη αλληλουχία (2–8 bp) που σχηματίζει μια θέση αναγνώρισης για τις ενδονουκλεάσες. Το ίδιο το microRNA επισημαίνεται με κόκκινο χρώμα - αυτό αποκόπτει το Dicer.

Ο μηχανισμός δράσης πολλών microRNA είναι παρόμοιος με τη δράση των siRNA: ένα βραχύ (21-25 νουκλεοτίδια) μονόκλωνο RNA ως μέρος του συμπλέγματος πρωτεϊνών RISC συνδέεται με υψηλή εξειδίκευση στη συμπληρωματική θέση στην 3' αμετάφραστη περιοχή του mRNA στόχου. Η δέσμευση οδηγεί στη διάσπαση του mRNA από την πρωτεΐνη Ago. Ωστόσο, η δραστηριότητα του microRNA (σε σύγκριση με το siRNA) είναι ήδη πιο διαφοροποιημένη - εάν η συμπληρωματικότητα δεν είναι απόλυτη, το mRNA στόχος μπορεί να μην αποικοδομηθεί, αλλά να αποκλειστεί μόνο αναστρέψιμα (δεν θα υπάρξει μετάφραση). Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί το ίδιο σύμπλεγμα RISC εισήχθη τεχνητά siRNA. Αυτό εξηγεί γιατί τα siRNAs που παράγονται κατ' αναλογία με τα πρωτόζωα είναι επίσης ενεργά στα θηλαστικά.

Έτσι, μπορούμε να συμπληρώσουμε την απεικόνιση του μηχανισμού δράσης της παρεμβολής RNA σε ανώτερους (αμφίπλευρα συμμετρικούς) οργανισμούς συνδυάζοντας σε ένα σχήμα το διάγραμμα δράσης των microRNAs και των βιοτεχνολογικά εισαγόμενων siRNAs (Εικ. 5).

Εικόνα 5. Γενικευμένο σχήμα δράσης τεχνητών microRNA και siRNA(τεχνητά siRNA εισάγονται στο κύτταρο χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα πλασμίδια - στόχευση φορέα siRNA).

Λειτουργίες του microRNA

Οι φυσιολογικές λειτουργίες των microRNA είναι εξαιρετικά διαφορετικές - στην πραγματικότητα, λειτουργούν ως οι κύριοι μη πρωτεϊνικοί ρυθμιστές της οντογένεσης. Τα microRNA δεν ακυρώνουν, αλλά συμπληρώνουν το «κλασικό» σχήμα γονιδιακής ρύθμισης (επαγωγείς, καταστολείς, συμπίεση χρωματίνης κ.λπ.). Επιπλέον, η σύνθεση των ίδιων των microRNAs ρυθμίζεται πολύπλοκα (ορισμένες δεξαμενές microRNA μπορούν να ενεργοποιηθούν από ιντερφερόνες, ιντερλευκίνες, παράγοντα νέκρωσης όγκου α (TNF-α) και πολλές άλλες κυτοκίνες). Ως αποτέλεσμα, αναδύεται ένα πολυεπίπεδο δίκτυο συντονισμού μιας «ορχήστρας» χιλιάδων γονιδίων, εκπληκτικό στην πολυπλοκότητα και την ευελιξία της, αλλά αυτό δεν τελειώνει εκεί.

Τα microRNA είναι πιο «καθολικά» από τα siRNA: τα γονίδια «θάλαμος» δεν χρειάζεται να είναι 100% συμπληρωματικά - η ρύθμιση πραγματοποιείται επίσης μέσω μερικής αλληλεπίδρασης. Σήμερα, ένα από τα πιο καυτά θέματα στη μοριακή βιολογία είναι η αναζήτηση για microRNA που λειτουργούν ως εναλλακτικοί ρυθμιστές γνωστών φυσιολογικών διεργασιών. Για παράδειγμα, τα microRNA που εμπλέκονται στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου και της απόπτωσης σε φυτά, Drosophila και νηματώδεις έχουν ήδη περιγραφεί. στους ανθρώπους, τα microRNA ρυθμίζουν το ανοσοποιητικό σύστημα και την ανάπτυξη αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων. Η χρήση τεχνολογιών που βασίζονται σε βιοτσίπ (διαλογή μικροσυστοιχίας) έχει δείξει ότι ολόκληρες δεξαμενές μικρών RNA ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε διαφορετικά στάδια της κυτταρικής ζωής. Έχουν εντοπιστεί δεκάδες συγκεκριμένα microRNA για βιολογικές διεργασίες, το επίπεδο έκφρασης των οποίων υπό ορισμένες συνθήκες αλλάζει χιλιάδες φορές, δίνοντας έμφαση στην εξαιρετική δυνατότητα ελέγχου αυτών των διεργασιών.

Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι τα microRNA καταστέλλουν μόνο - πλήρως ή εν μέρει - το έργο των γονιδίων. Ωστόσο, πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η δράση των microRNA μπορεί να διαφέρει ριζικά ανάλογα με την κατάσταση του κυττάρου! Σε ένα ενεργά διαιρούμενο κύτταρο, το microRNA συνδέεται με μια συμπληρωματική αλληλουχία στην περιοχή 3' του mRNA και αναστέλλει την πρωτεϊνική σύνθεση (μετάφραση). Ωστόσο, σε κατάσταση ανάπαυσης ή στρες (για παράδειγμα, όταν μεγαλώνετε σε φτωχό περιβάλλον), το ίδιο γεγονός οδηγεί στο ακριβώς αντίθετο αποτέλεσμα - αυξημένη σύνθεση της πρωτεΐνης στόχου!

Εξέλιξη του microRNA

Ο αριθμός των ποικιλιών microRNA σε ανώτερους οργανισμούς δεν έχει ακόμη πλήρως τεκμηριωθεί - σύμφωνα με ορισμένα δεδομένα, υπερβαίνει το 1% του αριθμού των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες (στον άνθρωπο, για παράδειγμα, λένε ότι υπάρχουν 700 microRNA, και αυτός ο αριθμός είναι συνεχώς αυξάνεται). Τα microRNA ρυθμίζουν τη δραστηριότητα περίπου 30% όλων των γονιδίων (οι στόχοι για πολλά από αυτά δεν είναι ακόμη γνωστοί) και υπάρχουν τόσο πανταχού παρόντα όσο και ειδικά για τον ιστό μόρια - για παράδειγμα, μια τέτοια σημαντική δεξαμενή microRNA ρυθμίζει την ωρίμανση του στελέχους του αίματος κύτταρα.

Το ευρύ προφίλ έκφρασης σε διαφορετικούς ιστούς διαφορετικών οργανισμών και ο βιολογικός επιπολασμός των microRNA υποδηλώνουν μια εξελικτικά αρχαία προέλευση. Τα MicroRNAs ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά σε νηματώδεις και για μεγάλο χρονικό διάστημα πίστευαν ότι αυτά τα μόρια εμφανίζονται μόνο σε σφουγγάρια και συνεντερικά. Ωστόσο, αργότερα ανακαλύφθηκαν σε μονοκύτταρα φύκια. Είναι ενδιαφέρον ότι καθώς οι οργανισμοί γίνονται πιο περίπλοκοι, ο αριθμός και η ετερογένεια της δεξαμενής miRNA αυξάνεται επίσης. Αυτό δείχνει έμμεσα ότι η πολυπλοκότητα αυτών των οργανισμών παρέχεται, ειδικότερα, από τη λειτουργία των microRNAs. Η πιθανή εξέλιξη των miRNAs φαίνεται στο Σχήμα 6.

Εικόνα 6. Ποικιλότητα MicroRNA σε διαφορετικούς οργανισμούς.Όσο υψηλότερη είναι η οργάνωση του οργανισμού, τόσο περισσότερα microRNA βρίσκονται σε αυτόν (ο αριθμός σε παρένθεση). Τα είδη στα οποία βρέθηκαν επισημαίνονται με κόκκινο χρώμα. μονόκλινο microRNA.

Μια σαφής εξελικτική σύνδεση μπορεί να γίνει μεταξύ του siRNA και του microRNA, με βάση τα ακόλουθα γεγονότα:

• Η δράση και των δύο τύπων είναι εναλλάξιμη και μεσολαβείται από ομόλογες πρωτεΐνες.
• Τα siRNA που εισάγονται σε κύτταρα θηλαστικών «απενεργοποιούν» ειδικά τα επιθυμητά γονίδια (παρά την ενεργοποίηση της προστασίας από ιντερφερόνη).
• microRNAs ανακαλύπτονται σε όλο και περισσότερους αρχαίους οργανισμούς.

Αυτά και άλλα δεδομένα υποδηλώνουν την προέλευση και των δύο συστημάτων από έναν κοινό «πρόγονο». Είναι επίσης ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η ανοσία «RNA» ως ανεξάρτητος πρόδρομος πρωτεϊνικών αντισωμάτων επιβεβαιώνει τη θεωρία της προέλευσης των πρώτων μορφών ζωής που βασίζονται στο RNA, και όχι στις πρωτεΐνες (υπενθυμίζουμε ότι αυτή είναι η αγαπημένη θεωρία του Ακαδημαϊκού A.S. Spirin) .

Όσο προχωράτε, τόσο πιο μπερδεμένο γίνεται. Παίκτης #3 - piRNA

Ενώ υπήρχαν μόνο δύο «παίκτες» στην αρένα της μοριακής βιολογίας - το siRNA και το microRNA - ο κύριος «σκοπός» της παρεμβολής RNA φαινόταν εντελώς ξεκάθαρος. Πράγματι: ένα σύνολο ομόλογων βραχέων RNA και πρωτεϊνών σε διαφορετικούς οργανισμούς πραγματοποιεί παρόμοιες δράσεις. Καθώς οι οργανισμοί γίνονται πιο περίπλοκοι, το ίδιο συμβαίνει και με τη λειτουργικότητα.

Ωστόσο, στη διαδικασία της εξέλιξης, η φύση δημιούργησε ένα άλλο, εξελικτικά πιο πρόσφατο και εξαιρετικά εξειδικευμένο σύστημα που βασίζεται στην ίδια επιτυχημένη αρχή της παρεμβολής RNA. Μιλάμε για piRNA (piRNA, από RNA αλληλεπίδρασης Piwi).

Όσο πιο πολύπλοκο είναι το γονιδίωμα, τόσο πιο ανεπτυγμένος και προσαρμοσμένος είναι ο οργανισμός (ή το αντίστροφο; ;-). Ωστόσο, η αύξηση της πολυπλοκότητας του γονιδιώματος έχει επίσης ένα μειονέκτημα: γίνεται ένα πολύπλοκο γενετικό σύστημα ασταθής. Αυτό οδηγεί στην ανάγκη για μηχανισμούς υπεύθυνους για τη διατήρηση της ακεραιότητας του γονιδιώματος - διαφορετικά η αυθόρμητη «ανάμιξη» του DNA απλώς θα το απενεργοποιήσει. Κινητά γενετικά στοιχεία ( MGE) - ένας από τους κύριους παράγοντες αστάθειας του γονιδιώματος - είναι μικρές ασταθείς περιοχές που μπορούν να μεταγραφούν αυτόνομα και να μεταναστεύσουν σε όλο το γονιδίωμα. Η ενεργοποίηση τέτοιων μετατιθέμενων στοιχείων οδηγεί σε πολλαπλές θραύσεις του DNA στα χρωμοσώματα, που μπορεί να έχουν θανατηφόρες συνέπειες.

Ο αριθμός των MGE αυξάνεται μη γραμμικά με το μέγεθος του γονιδιώματος και η δραστηριότητά τους πρέπει να περιορίζεται. Για να γίνει αυτό, τα ζώα, ξεκινώντας από συνεντερικά, χρησιμοποιούν το ίδιο φαινόμενο παρεμβολής RNA. Αυτή η λειτουργία εκτελείται επίσης από μικρά RNA, αλλά όχι αυτά που έχουν ήδη συζητηθεί, αλλά ένας τρίτος τύπος αυτών - τα piRNA.

«Πορτρέτο» του piRNA

Λειτουργίες του piRNA

Η κύρια λειτουργία του piRNA είναι να καταστέλλει τη δραστηριότητα MGE στο επίπεδο της μεταγραφής και της μετάφρασης. Πιστεύεται ότι τα piRNA είναι ενεργά μόνο κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης, όταν η απρόβλεπτη ανακάτεμα του γονιδιώματος είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη και μπορεί να οδηγήσει στο θάνατο του εμβρύου. Αυτό είναι λογικό - όταν το ανοσοποιητικό σύστημα δεν έχει αρχίσει ακόμη να λειτουργεί, τα κύτταρα του εμβρύου χρειάζονται κάποια απλή αλλά αποτελεσματική προστασία. Το έμβρυο προστατεύεται αξιόπιστα από εξωτερικά παθογόνα από τον πλακούντα (ή το κέλυφος του αυγού). Αλλά εκτός από αυτό, η άμυνα είναι επίσης απαραίτητη από ενδογενείς (εσωτερικούς) ιούς, κυρίως MGE.

Αυτός ο ρόλος του piRNA έχει επιβεβαιωθεί από την εμπειρία - «νοκ-άουτ» ή μεταλλάξεις των γονιδίων Ago3, Piwi ή Aub οδηγούν σε σοβαρές αναπτυξιακές διαταραχές (και απότομη αύξηση του αριθμού των μεταλλάξεων στο γονιδίωμα ενός τέτοιου οργανισμού) και επίσης προκαλούν υπογονιμότητα λόγω διακοπής της ανάπτυξης των γεννητικών κυττάρων.

Κατανομή και εξέλιξη των piRNAs

Τα πρώτα piRNA βρίσκονται ήδη σε θαλάσσιες ανεμώνες και σφουγγάρια. Τα φυτά προφανώς ακολούθησαν διαφορετική διαδρομή - πρωτεΐνες Piwi δεν βρέθηκαν σε αυτά και ο ρόλος ενός "μυγχώματος" για τρανσποζόνια εκτελείται από την ενδονουκλεάση Ago4 και το siRNA.

Στα ανώτερα ζώα - συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων - το σύστημα piRNA είναι πολύ καλά ανεπτυγμένο, αλλά μπορεί να βρεθεί μόνο σε εμβρυϊκά κύτταρα και στο αμνιακό ενδοθήλιο. Γιατί η κατανομή του piRNA στο σώμα είναι τόσο περιορισμένη μένει να φανεί. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι, όπως κάθε ισχυρό όπλο, τα piRNA είναι ωφέλιμα μόνο υπό πολύ συγκεκριμένες συνθήκες (κατά την ανάπτυξη του εμβρύου) και στο σώμα των ενηλίκων η δραστηριότητά τους θα προκαλέσει περισσότερο κακό παρά καλό. Ακόμα, ο αριθμός των piRNAs είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερος από τον αριθμό των γνωστών πρωτεϊνών και οι μη ειδικές επιδράσεις των piRNA στα ώριμα κύτταρα είναι δύσκολο να προβλεφθούν.

συμπέρασμα

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να παράσχω έναν πίνακα που απεικονίζει την εξέλιξη της συσκευής πρωτεΐνης που εμπλέκεται στην παρεμβολή RNA (Εικ. 9). Μπορεί να φανεί ότι τα πρωτόζωα έχουν το πιο ανεπτυγμένο σύστημα siRNA (οικογένειες πρωτεϊνών Ago, Dicer) και καθώς οι οργανισμοί γίνονται πιο περίπλοκοι, η έμφαση μετατοπίζεται σε πιο εξειδικευμένα συστήματα - τον αριθμό των ισομορφών πρωτεΐνης για microRNA (Drosha, Pasha) και piRNA ( Piwi, Hen1) αυξάνεται. Ταυτόχρονα, μειώνεται η ποικιλία των ενζύμων που μεσολαβούν στη δράση του siRNA.

Εικόνα 9. Ποικιλομορφία πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην παρεμβολή RNA(οι αριθμοί δείχνουν τον αριθμό των πρωτεϊνών κάθε ομάδας). Μπλεεπισημαίνονται στοιχεία που είναι χαρακτηριστικά του siRNA και του microRNA και το κόκκινο- πρωτεΐνη Καιπου σχετίζονται με το piRNA.

Το φαινόμενο της παρεμβολής RNA άρχισε να χρησιμοποιείται από τους πιο απλούς οργανισμούς. Με βάση αυτόν τον μηχανισμό, η φύση δημιούργησε ένα πρωτότυπο του ανοσοποιητικού συστήματος και καθώς οι οργανισμοί γίνονται πιο πολύπλοκοι, η παρεμβολή RNA γίνεται ένας απαραίτητος ρυθμιστής της δραστηριότητας του γονιδιώματος. Δύο διαφορετικοί μηχανισμοί συν τρεις τύποι βραχέων RNA ( εκ.αυτί. 1) - ως αποτέλεσμα, βλέπουμε χιλιάδες λεπτούς ρυθμιστές διαφόρων μεταβολικών και γενετικών οδών. Αυτή η εντυπωσιακή εικόνα απεικονίζει την ευελιξία και την εξελικτική προσαρμογή των μοριακών βιολογικών συστημάτων. Τα σύντομα RNA αποδεικνύουν και πάλι ότι δεν υπάρχουν «μικρά πράγματα» μέσα στο κύτταρο - υπάρχουν μόνο μικρά μόρια, την πλήρη σημασία του ρόλου των οποίων μόλις αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε.

(Αλήθεια, μια τέτοια φανταστική πολυπλοκότητα μάλλον υποδηλώνει ότι η εξέλιξη είναι «τυφλή» και δρα χωρίς ένα προεγκεκριμένο «κύριο σχέδιο»».

Άρθρο για τον διαγωνισμό «bio/mol/text»: Τα τελευταία χρόνια, το RNA - και ειδικά οι «μη κλασικές» ποικιλίες του - έχει προσελκύσει την προσοχή των βιολόγων σε όλο τον κόσμο. Αποδείχθηκε ότι η ρύθμιση από μη κωδικοποιητικά RNA είναι ευρέως διαδεδομένη - από ιούς και βακτήρια μέχρι τον άνθρωπο. Η μελέτη της ποικιλομορφίας των μικρών ρυθμιστών RNA βακτηρίων έχει αποδείξει ξεκάθαρα τον σημαντικό ρόλο τους τόσο στον ενδιάμεσο μεταβολισμό όσο και στις προσαρμοστικές αποκρίσεις. Αυτό το άρθρο περιγράφει τους τύπους μικρών RNA βακτηρίων και τους ρυθμιστικούς μηχανισμούς που πραγματοποιούνται με τη βοήθειά τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον ρόλο αυτών των μορίων στη ζωή των βακτηριακών παραγόντων που προκαλούν ιδιαίτερα επικίνδυνες λοιμώξεις.

RNA: περισσότερα από ένα αντίγραφο DNA

Οι περισσότεροι αναγνώστες αυτού του ιστότοπου γνωρίζουν τους βασικούς μηχανισμούς ενός ζωντανού κυττάρου από το σχολείο. Στα μαθήματα βιολογίας, από τους νόμους του Mendel έως τα έργα αιχμής για την αλληλουχία του γονιδιώματος, το κόκκινο νήμα διατρέχει την ιδέα ενός σημαντικού γενετικού προγράμματος για την ανάπτυξη ενός οργανισμού, γνωστό στους επαγγελματίες βιολόγους ως κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας. Δηλώνει ότι το μόριο DNA δρα ως φορέας και φύλακας της γενετικής πληροφορίας, η οποία, μέσω ενός ενδιάμεσου - αγγελιοφόρου RNA (mRNA), και με τη συμμετοχή του ριβοσωμικού (rRNA) και του RNA μεταφοράς (tRNA), - πραγματοποιείται με τη μορφή πρωτεϊνών. Τα τελευταία καθορίζουν το είδος και τον ατομικό φαινότυπο.

Αυτή η κατάσταση και η ανάθεση του RNA στο ρόλο ενός δευτερεύοντος συμμετέχοντος στη μοριακή απόδοση παρέμεινε στην επιστημονική κοινότητα μέχρι τη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα. Η εργασία του T. Chek, ο οποίος έδειξε ότι το RNA μπορεί να λειτουργήσει ως καταλύτης για χημικές αντιδράσεις, μας ανάγκασε να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο RNA. Παλαιότερα, πίστευαν ότι η επιτάχυνση των χημικών διεργασιών σε ένα κύτταρο είναι προνόμιο των ενζύμων που είναι αποκλειστικά πρωτεϊνικής φύσης. Η ανακάλυψη της καταλυτικής δραστηριότητας στο RNA είχε εκτεταμένες συνέπειες - μαζί με τις προηγούμενες θεωρητικές εργασίες του K. Woese και κατέστησε δυνατή τη δημιουργία μιας πιθανής εικόνας της εξέλιξης των πρεβιοτικών στον πλανήτη μας. Γεγονός είναι ότι από την ανακάλυψη της λειτουργίας του DNA ως φορέα γενετικής πληροφορίας, το δίλημμα αυτού που εμφανίστηκε νωρίτερα στην πορεία της εξέλιξης - DNA ή η πρωτεΐνη που είναι απαραίτητη για την αναπαραγωγή του DNA - φαινόταν σχεδόν τόσο φιλοσοφικό (δηλαδή, άσκοπο) ως το ερώτημα για την υπεροχή της εμφάνισης του κοτόπουλου ή του αυγού. Μετά την ανακάλυψη του T. Chek, η λύση πήρε πολύ πραγματικό σχήμα - βρέθηκε ένα μόριο που είχε τις ιδιότητες τόσο ενός φορέα πληροφοριών όσο και ενός βιοκαταλύτη (αν και στην υποτυπώδη μορφή του). Με τον καιρό, αυτές οι μελέτες εξελίχθηκαν σε μια ολόκληρη κατεύθυνση στη βιολογία, μελετώντας την προέλευση της ζωής μέσα από το πρίσμα του λεγόμενου «κόσμου RNA».

Έτσι έγινε φανερό ότι ο αρχαίος κόσμος του RNA θα μπορούσε να σχετίζεται με την προέλευση και την άνθηση της πρωτογενούς ζωής. Ωστόσο, δεν προκύπτει αυτόματα από αυτό ότι το RNA στους σύγχρονους οργανισμούς δεν είναι ένας αρχαϊσμός προσαρμοσμένος στις ανάγκες των ενδοκυτταρικών μοριακών συστημάτων, αλλά ένας πραγματικά σημαντικός συμμετέχων στο μοριακό σύνολο του κυττάρου. Μόνο η ανάπτυξη μοριακών μεθόδων - ειδικότερα, η αλληλουχία νουκλεϊκών οξέων - έδειξε ότι το RNA είναι πραγματικά αναντικατάστατο στο κύτταρο, και όχι μόνο με τη μορφή της κανονικής τριάδας «mRNA, rRNA, tRNA». Ήδη τα πρώτα εκτεταμένα δεδομένα για την αλληλουχία του DNA έδειχναν ένα γεγονός που στην αρχή φαινόταν δύσκολο να εξηγηθεί - τα περισσότερα αποδείχθηκαν ότι ήταν μη κωδικοποίηση- δηλαδή, μη μεταφορά πληροφοριών σχετικά με μόρια πρωτεΐνης ή «τυποποιημένο» RNA. Φυσικά, αυτό μπορεί να αποδοθεί εν μέρει σε «γενετικά υπολείμματα» - «απενεργοποιημένα» ή χαμένα θραύσματα γονιδιώματος. Αλλά η εξοικονόμηση ενός τέτοιου ποσού «προίκας» για βιολογικά συστήματα που προσπαθούν να ξοδέψουν ενέργεια με φειδώ φαίνεται παράλογη.

Πράγματι, πιο λεπτομερείς και λεπτές ερευνητικές μέθοδοι κατέστησαν δυνατή την ανακάλυψη μιας ολόκληρης κατηγορίας ρυθμιστών RNA γονιδιακής έκφρασης, που γεμίζουν εν μέρει τον διαγονιδιακό χώρο. Ακόμη και πριν διαβάσετε τις πλήρεις αλληλουχίες των ευκαρυωτικών γονιδιωμάτων σε στρογγυλούς σκώληκες C. elegansΑπομονώθηκαν microRNAs - μικρά μόρια (περίπου 20 νουκλεοτίδια) που μπορούν να συνδεθούν ειδικά σε περιοχές του mRNA σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι σε τέτοιες περιπτώσεις δεν είναι πλέον δυνατή η ανάγνωση πληροφοριών σχετικά με τις κωδικοποιημένες πρωτεΐνες με mRNA: το ριβόσωμα απλά δεν μπορεί να «τρέξει» μέσα από μια τέτοια θέση που ξαφνικά έχει γίνει δίκλωνο. Αυτός ο μηχανισμός καταστολής της γονιδιακής έκφρασης, που ονομάζεται Παρεμβολή RNA, έχει ήδη αναλυθεί σχετικά με το «βιομόριο» με αρκετή λεπτομέρεια. Μέχρι σήμερα έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες μόρια microRNA και άλλα μη κωδικοποιητικά RNA (piRNA, snoRNA, nanoRNA κ.λπ.). Στους ευκαρυώτες (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων), βρίσκονται σε διαγονιδιακές περιοχές. Ο σημαντικός τους ρόλος στη διαφοροποίηση των κυττάρων, την καρκινογένεση, την ανοσοαπόκριση και άλλες διεργασίες και παθολογίες έχει αποδειχθεί.

Τα μικρά RNA είναι ένας δούρειος ίππος για τις βακτηριακές πρωτεΐνες

Παρά το γεγονός ότι τα RNA που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες στα βακτήρια ανακαλύφθηκαν πολύ νωρίτερα από τους πρώτους παρόμοιους ρυθμιστές σε ευκαρυώτες, ο ρόλος τους στο μεταβολισμό του βακτηριακού κυττάρου ήταν κρυμμένος για μεγάλο χρονικό διάστημα για την επιστημονική κοινότητα. Αυτό είναι κατανοητό - παραδοσιακά, το βακτηριακό κύτταρο θεωρήθηκε μια πιο πρωτόγονη και λιγότερο μυστηριώδης δομή για τον ερευνητή, η πολυπλοκότητα της οποίας δεν μπορεί να συγκριθεί με τη συσσώρευση δομών σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο. Επιπλέον, στα βακτηριακά γονιδιώματα το περιεχόμενο των μη κωδικοποιητικών πληροφοριών αποτελεί μόνο ένα μικρό ποσοστό του συνολικού μήκους του DNA, φτάνοντας το μέγιστο 40% σε ορισμένα μυκοβακτήρια. Όμως, δεδομένου ότι τα microRNA βρίσκονται ακόμη και σε ιούς, στα βακτήρια θα πρέπει να παίζουν σημαντικό ρυθμιστικό ρόλο, ακόμη περισσότερο.

Αποδείχθηκε ότι τα προκαρυωτικά έχουν πολλούς μικρούς ρυθμιστές RNA. Συμβατικά, όλα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:

1. Μόρια RNA που πρέπει να συνδεθούν με πρωτεΐνες για να εκτελέσουν τη λειτουργία τους.
2. RNA που συνδέονται συμπληρωματικά με άλλα RNA (αποτελούν την πλειοψηφία των γνωστών ρυθμιστικών μορίων RNA).

Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει μικρά RNA για τα οποία η δέσμευση πρωτεΐνης είναι δυνατή, αλλά όχι απαραίτητη. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα είναι η RNase P, η οποία δρα ως ριβοένζυμο στο tRNA που «ωριμάζει». Ωστόσο, εάν η RNase P μπορεί να λειτουργήσει χωρίς συστατικό πρωτεΐνης, τότε για άλλα μικρά RNA αυτής της ομάδας, η σύνδεση με την πρωτεΐνη είναι υποχρεωτική (και τα ίδια είναι, στην πραγματικότητα, συμπαράγοντες). Για παράδειγμα, το tmRNA ενεργοποιεί ένα σύμπλοκο πρωτεϊνικό σύμπλεγμα, το οποίο λειτουργεί ως «κύριο κλειδί» για ένα «κολλημένο» ριβόσωμα - εάν το αγγελιαφόρο RNA από το οποίο διαβάζεται έχει φτάσει στο τέλος του και το κωδικόνιο λήξης δεν έχει συναντηθεί.

Ένας ακόμη πιο συναρπαστικός μηχανισμός άμεσης αλληλεπίδρασης μικρών RNA με πρωτεΐνες είναι επίσης γνωστός. Οι πρωτεΐνες που συνδέονται με τα «παραδοσιακά» νουκλεϊκά οξέα είναι ευρέως κατανεμημένες σε οποιοδήποτε κύτταρο. Το προκαρυωτικό κύτταρο δεν αποτελεί εξαίρεση. Για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες του που μοιάζουν με ιστόνη βοηθούν στη σωστή συσκευασία του κλώνου του DNA και συγκεκριμένες πρωτεΐνες καταστολέα έχουν συγγένεια με την περιοχή χειριστή των βακτηριακών γονιδίων. Έχει αποδειχθεί ότι αυτοί οι καταστολείς μπορούν να ανασταλούν από μικρά RNA που μιμούνται θέσεις δέσμευσης DNA «εγγενείς» για αυτές τις πρωτεΐνες. Έτσι, στο μικρό RNA CsrB (Εικ. 1) υπάρχουν 18 θέσεις «δόλωμα» που χρησιμεύουν για να εμποδίσουν την πρωτεΐνη καταστολέα CsrA να φτάσει στον πραγματικό της στόχο - το οπερόνιο γλυκογόνου. Παρεμπιπτόντως, μεταξύ των πρωτεϊνών καταστολέα που χάνονται λόγω τέτοιων μικρών RNA, υπάρχουν ρυθμιστές των παγκόσμιων μεταβολικών οδών, γεγονός που καθιστά δυνατή την επανειλημμένη ενίσχυση του ανασταλτικού σήματος του μικρού RNA. Για παράδειγμα, αυτό γίνεται από μικρό RNA 6S, το οποίο «μιμείται» τον πρωτεϊνικό παράγοντα σ 70. Με τη διαμορφωτική «εξαπάτηση», καταλαμβάνοντας τα κέντρα δέσμευσης της RNA πολυμεράσης με τον παράγοντα σίγμα, απαγορεύει την έκφραση των γονιδίων «οικιακής φροντίδας».

Εικόνα 1. Βιοπληροφορικά προβλεπόμενη δευτερογενής δομή του μικρού RNA CsrB από Vibrio choleraeΜ66-2.Τα μικρά RNA είναι μονόκλωνα μόρια, αλλά, όπως και για άλλα RNA, η αναδίπλωση σε μια σταθερή χωρική δομή συνοδεύεται από το σχηματισμό περιοχών όπου το μόριο υβριδοποιείται με τον εαυτό του. Ονομάζονται πολυάριθμες στροφές στη δομή με τη μορφή ανοιχτών δακτυλίων γόβα στιλέτο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένας συνδυασμός φουρκέτες επιτρέπει στο RNA να λειτουργεί ως «σφουγγάρι», δεσμεύοντας μη ομοιοπολικά ορισμένες πρωτεΐνες. Αλλά πιο συχνά, μόρια αυτού του τύπου παρεμβαίνουν στο DNA ή το RNA. Σε αυτή την περίπτωση, η χωρική δομή του μικρού RNA διαταράσσεται και σχηματίζονται νέες θέσεις υβριδισμού με το μόριο στόχο. Ο χάρτης θερμότητας αντανακλά την πιθανότητα ότι το αντίστοιχο ζεύγος νουκλεοτιδίων θα συνδεθεί πράγματι με έναν ενδομοριακό δεσμό υδρογόνου. για μη ζευγαρωμένες τομές - η πιθανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου με τυχόν τμήματα μέσα στο μόριο. Η εικόνα λήφθηκε χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα RNAfold.

Μικρά RNA βακτηρίων παρεμβαίνουν... και μάλιστα με μεγάλη επιτυχία!

Ο μηχανισμός με τον οποίο λειτουργούν οι ρυθμιστές της δεύτερης ομάδας είναι, γενικά, παρόμοιος με εκείνον των ρυθμιστικών RNA στους ευκαρυώτες - πρόκειται για την ίδια παρεμβολή RNA μέσω υβριδισμού με mRNA, μόνο που οι ίδιες οι αλυσίδες των μικρών RNA είναι συχνά μεγαλύτερες - έως και αρκετές εκατοντάδες νουκλεοτίδια ( εκ.ρύζι. 1). Ως αποτέλεσμα, λόγω του μικρού RNA, τα ριβοσώματα δεν μπορούν να διαβάσουν πληροφορίες από το mRNA. Αν και συχνά, φαίνεται, δεν καταλήγει σε αυτό: τα προκύπτοντα σύμπλοκα «μικρού RNA - mRNA» γίνονται στόχος των RNases (όπως η RNase P).

Η συμπαγής πυκνότητα και η πυκνότητα του προκαρυωτικού γονιδιώματος γίνεται αισθητή: εάν στους ευκαρυωτικούς τα περισσότερα ρυθμιστικά RNA είναι γραμμένα σε χωριστούς τόπους (τις περισσότερες φορές δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες), τότε πολλά μικρά RNA βακτηρίων μπορούν να κωδικοποιηθούν στην ίδια περιοχή DNA με τα κατασταλμένα γονίδιο, αλλά στις αντίθετες αλυσίδες! Αυτά τα RNA ονομάζονται cis-κωδικοποιημένη(αντινόημα) και μικρά RNA που βρίσκονται σε κάποια απόσταση από το κατασταλμένο τμήμα του DNA - δια-κωδικοποιημένα. Προφανώς, η διάταξη των cis-RNA μπορεί να θεωρηθεί θρίαμβος της εργονομίας: μπορούν να διαβαστούν από τον αντίθετο κλώνο DNA τη στιγμή της εκτύλιξής του ταυτόχρονα με το μεταγράφημα στόχου, γεγονός που καθιστά δυνατό τον ακριβή έλεγχο της ποσότητας της πρωτεΐνης που συντίθεται.

Τα μικρά RNA στο trans εξελίσσονται ανεξάρτητα από το mRNA στόχο και η αλληλουχία του ρυθμιστή αλλάζει πιο έντονα ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων. Ίσως αυτή η κατάσταση είναι ωφέλιμη μόνο για το βακτηριακό κύτταρο, καθώς το μικρό RNA αποκτά δραστηριότητα έναντι προηγουμένως ασυνήθιστων στόχων, γεγονός που μειώνει το κόστος χρόνου και ενέργειας για τη δημιουργία άλλων ρυθμιστών. Από την άλλη πλευρά, η πίεση επιλογής εμποδίζει το trans-μικρό RNA να μεταλλάσσεται υπερβολικά επειδή θα χάσει τη δραστηριότητα. Ωστόσο, για να υβριδοποιηθούν με αγγελιοφόρο RNA, τα περισσότερα trans-μικρά RNA απαιτούν έναν βοηθό, την πρωτεΐνη Hfq. Προφανώς, διαφορετικά, η ατελής συμπληρωματικότητα του μικρού RNA μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα για τη σύνδεση με τον στόχο.

Προφανώς, ο πιθανός ρυθμιστικός μηχανισμός που βασίζεται στην αρχή «ένα μικρό RNA - πολλοί στόχοι» βοηθά στην ενοποίηση των μεταβολικών δικτύων του βακτηρίου, κάτι που είναι εξαιρετικά απαραίτητο σε συνθήκες σύντομης μονοκυτταρικής ζωής. Κάποιος μπορεί να συνεχίσει να κάνει εικασίες για το θέμα και να υποθέσει ότι με τη βοήθεια trans-κωδικοποιημένων μικρών RNA, αποστέλλονται «οδηγίες» έκφρασης από λειτουργικά συγγενείς, αλλά φυσικά απομακρυσμένους τόπους. Η ανάγκη για αυτό το είδος γενετικής «ονομαστικής κλήσης» εξηγεί λογικά τον μεγάλο αριθμό μικρών RNA που βρίσκονται στα παθογόνα βακτήρια. Για παράδειγμα, αρκετές εκατοντάδες μικρά RNA βρέθηκαν στον κάτοχο ρεκόρ για αυτόν τον δείκτη - Vibrio cholerae ( Vibrio cholerae). Αυτός είναι ένας μικροοργανισμός που μπορεί να επιβιώσει στο περιβάλλον υδάτινο περιβάλλον (τόσο φρέσκο ​​όσο και αλμυρό), και σε υδρόβια οστρακοειδή, και σε ψάρια και στα έντερα του ανθρώπου - δεν υπάρχει τρόπος χωρίς περίπλοκη προσαρμογή με τη βοήθεια ρυθμιστικών μορίων!

Το CRISPR προστατεύει την υγεία των βακτηρίων

Μικρά RNA έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την επίλυση ενός άλλου πιεστικού προβλήματος για τα βακτήρια. Ακόμη και οι πιο κακόβουλοι παθογόνοι κόκκοι και βάκιλοι μπορεί να είναι ανίσχυροι μπροστά στον κίνδυνο που ενέχουν ειδικοί ιοί - βακτηριοφάγοι, ικανοί να καταστρέψουν τον βακτηριακό πληθυσμό με αστραπιαία ταχύτητα. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί διαθέτουν ένα εξειδικευμένο σύστημα προστασίας από ιούς - απρόσβλητος, μέσω των κυττάρων και των ουσιών που εκκρίνουν, προστατεύοντας το σώμα από απρόσκλητους επισκέπτες (συμπεριλαμβανομένων εκείνων ιογενούς φύσης). Ένα βακτηριακό κύτταρο είναι μοναχικό, αλλά δεν είναι τόσο ευάλωτο όσο μπορεί να φαίνεται με την πρώτη ματιά. Οι τόποι ενεργούν ως φύλακες των συνταγών για τη διατήρηση της αντιϊκής ανοσίας των βακτηρίων CRISPR- ομαδοποιημένες κανονικές-διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις ( ομαδοποιούνται τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις) (Εικ. 2; ). Στα προκαρυωτικά γονιδιώματα, κάθε κασέτα CRISPR αντιπροσωπεύεται από μια αλληλουχία οδηγού μήκους αρκετών εκατοντάδων νουκλεοτιδίων, ακολουθούμενη από μια σειρά 2-24 (μερικές φορές έως και 400) επαναλήψεων που χωρίζονται από διαχωριστικές περιοχές που είναι παρόμοιες σε μήκος αλλά μοναδικές σε αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Το μήκος κάθε διαχωριστή και επανάληψης δεν υπερβαίνει τα εκατό ζεύγη βάσεων.

Σχήμα 2. Τόπος CRISPR και επεξεργασία του αντίστοιχου μικρού του RNA σε ένα λειτουργικό αντίγραφο.Στο γονιδίωμα CRISPR- η κασέτα αντιπροσωπεύεται από αποστάτες διάσπαρτους μεταξύ τους (στο σχήμα χαρακτηρίζονται ως Sp), εν μέρει ομόλογη με περιοχές του DNA φάγου και επαναλαμβάνει ( Με) Μήκος 24–48 bp, που δείχνει δυαδική συμμετρία. Σε αντίθεση με τις επαναλήψεις, οι διαχωριστές στον ίδιο τόπο έχουν το ίδιο μήκος (σε διαφορετικά βακτήρια αυτό μπορεί να είναι 20-70 νουκλεοτίδια), αλλά διαφέρουν ως προς την αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Οι ενότητες "spacer-repeat" μπορεί να είναι αρκετά μεγάλες και να αποτελούνται από αρκετές εκατοντάδες μονάδες. Ολόκληρη η δομή πλαισιώνεται στη μία πλευρά από μια ακολουθία οδηγών ( LP, αρκετές εκατοντάδες ζεύγη βάσεων). Τα γονίδια Cas βρίσκονται κοντά ( ντο RISPR-όπως καισυσχετισμένο), οργανωμένο σε οπερόνιο. Οι πρωτεΐνες που διαβάζονται από αυτές εκτελούν έναν αριθμό βοηθητικών λειτουργιών, παρέχοντας επεξεργασία της μεταγραφής που διαβάζεται από CRISPR-τόπος, ο επιτυχής υβριδισμός του με τον στόχο DNA του φάγου, η εισαγωγή νέων στοιχείων στον τόπο κ.λπ. Το CrRNA που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας πολλαπλών σταδίων υβριδοποιείται με ένα τμήμα DNA (κάτω μέρος του σχήματος) που εγχέεται από τον φάγο στο βακτήριο. Αυτό αποσιωπά τη μηχανή μεταγραφής του ιού και σταματά την αναπαραγωγή του στο προκαρυωτικό κύτταρο.

Λεπτομερής μηχανισμός για την ανάδυση των πάντων CRISPR-ο τόπος μένει να μελετηθεί. Σήμερα όμως, έχει προταθεί ένα σχηματικό διάγραμμα της εμφάνισης των διαχωριστών, των σημαντικότερων δομών στη σύνθεσή του. Αποδεικνύεται ότι οι «κυνηγοί βακτηρίων» χτυπιούνται από τα δικά τους όπλα - νουκλεϊκά οξέα, ή μάλλον, «τρόπαια» γενετικές πληροφορίες που έλαβαν βακτήρια από φάγους σε προηγούμενες μάχες! Το γεγονός είναι ότι δεν αποδεικνύονται θανατηφόροι όλοι οι φάγοι που εισέρχονται σε ένα βακτηριακό κύτταρο. Το DNA τέτοιων φάγων (πιθανώς ταξινομημένων ως εύκρατων) κόβεται από ειδικές πρωτεΐνες Cas (πλευρά γονιδίων τους CRISPR) σε μικρά θραύσματα. Μερικά από αυτά τα θραύσματα θα ενσωματωθούν CRISPR- τόποι του γονιδιώματος «ξενιστή». Και όταν το DNA του φάγου εισέλθει ξανά στο βακτηριακό κύτταρο, συναντά μικρό RNA από CRISPR-τόπος, εκείνη τη στιγμή που εκφράζεται και υποβάλλεται σε επεξεργασία από πρωτεΐνες Cas. Μετά από αυτό, η αδρανοποίηση της ιικής γενετικής πληροφορίας λαμβάνει χώρα σύμφωνα με τον μηχανισμό παρεμβολής RNA που ήδη περιγράφηκε παραπάνω.

Από την υπόθεση του σχηματισμού διαχωριστών, δεν είναι σαφές γιατί χρειάζονται επαναλήψεις μεταξύ τους, εντός ενός τόπου ελαφρώς διαφορετικού μήκους, αλλά σχεδόν πανομοιότυπων σε σειρά; Υπάρχει μεγάλο περιθώριο φαντασίας εδώ. Ίσως, χωρίς επαναλήψεις, θα ήταν προβληματικό να χωρίσουμε τα γενετικά δεδομένα σε σημασιολογικά τμήματα, παρόμοια με τομείς σε έναν σκληρό δίσκο υπολογιστή, και στη συνέχεια να αποκτήσουμε πρόσβαση στο μηχάνημα μεταγραφής σε αυστηρά καθορισμένες περιοχές CRISPR-Ο τόπος θα γινόταν δύσκολος; Ή μήπως οι επαναλήψεις απλοποιούν τις διαδικασίες ανασυνδυασμού όταν εισάγονται νέα στοιχεία DNA φάγου; Ή μήπως είναι «σημεία στίξης» που είναι απαραίτητα για την επεξεργασία CRISPR; Όπως και να έχει, ένας βιολογικός λόγος που εξηγεί τη συμπεριφορά ενός βακτηριακού κυττάρου με τον τρόπο του Πλιούσκιν του Γκόγκολ θα βρεθεί σε εύθετο χρόνο.

CRISPR, όντας ένα «χρονικό» της σχέσης μεταξύ ενός βακτηρίου και ενός φάγου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε φυλογενετικές μελέτες. Έτσι, πρόσφατα πραγματοποιήθηκε πληκτρολόγηση σύμφωνα με CRISPRμας επέτρεψε να δούμε την εξέλιξη μεμονωμένων στελεχών του μικροβίου της πανώλης ( Yersinia pestis). Ερευνήστε τα CRISPR- Οι «γενεαλογίες» ρίχνουν φως σε γεγονότα πριν από μισή χιλιετία, όταν στελέχη εισήλθαν στη Μογγολία από τη σημερινή Κίνα. Αλλά αυτή η μέθοδος δεν είναι εφαρμόσιμη για όλα τα βακτήρια, και ιδιαίτερα τα παθογόνα. Παρά τις πρόσφατες ενδείξεις για τις προβλεπόμενες πρωτεΐνες επεξεργασίας CRISPR σε παθογόνα της τουλαραιμίας ( Francisella tularensis) και τη χολέρα, τα ίδια τα CRISPR, αν υπάρχουν στο γονιδίωμά τους, είναι λίγα σε αριθμό. Ίσως οι φάγοι, δεδομένης της θετικής συμβολής τους στην απόκτηση λοιμογόνου δράσης από παθογόνους εκπροσώπους του βακτηριακού βασιλείου, δεν είναι τόσο επιβλαβείς και επικίνδυνοι για να αμυνθούν εναντίον τους χρησιμοποιώντας το CRISPR; Ή μήπως οι ιοί που επιτίθενται σε αυτά τα βακτήρια είναι πολύ διαφορετικοί και η στρατηγική της «παρέμβασης» της ανοσίας του RNA εναντίον τους είναι μάταιη;

Εικόνα 3. Μερικοί μηχανισμοί λειτουργίας του ριβοδιακόπτη.Οι Riboswitches (riboswitches) είναι ενσωματωμένοι στο αγγελιαφόρο RNA, αλλά διακρίνονται από μεγάλη ελευθερία διαμορφωτικής συμπεριφοράς, ανάλογα με συγκεκριμένους συνδετήρες, γεγονός που δίνει λόγους να θεωρηθούν οι riboswitches ως ανεξάρτητες μονάδες μικρών RNA. Μια αλλαγή στη διαμόρφωση της πλατφόρμας έκφρασης επηρεάζει τη θέση προσγείωσης του ριβοσώματος στο mRNA ( RBS), και, κατά συνέπεια, καθορίζει τη διαθεσιμότητα όλου του mRNA για ανάγνωση. Οι Riboswitches είναι σε κάποιο βαθμό παρόμοιοι με τον τομέα χειριστή στο κλασικό μοντέλο λάκκα-οπερόνιο - αλλά μόνο οι περιοχές απταμερούς συνήθως ρυθμίζονται από ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους και διακόπτουν τη λειτουργία του γονιδίου στο επίπεδο του mRNA, όχι του DNA. ΕΝΑ - Ελλείψει συνδέτη, ριβοδιακόπτες btuB (μεταφορέας κοβαλαμίνης)Και thiM (εξαρτώμενο από πυροφωσφορική θειαμίνη), τα οποία πραγματοποιούν μη νουκλεολυτική καταστολή του mRNA, «ενεργοποιούνται» ( ΕΠΙ) και αφήστε το ριβόσωμα να συνεχίσει τη δουλειά του. Σύνδεση συνδέτη με ριβοδιακόπτη ( ΜΑΚΡΙΑ ΑΠΟ-θέση) οδηγεί στο σχηματισμό φουρκέτας, καθιστώντας αυτή την περιοχή απρόσιτη στο ριβόσωμα. σι - Ριβοδιακόπτης λυσίνης lysCαπουσία συνδέτη περιλαμβάνεται επίσης ( ΕΠΙ). Η απενεργοποίηση του ριβοδιακόπτη εμποδίζει το ριβόσωμα να έχει πρόσβαση στο mRNA. Αλλά σε αντίθεση με τους ριβοδιακόπτες που περιγράφονται παραπάνω, στον διακόπτη λυσίνης, όταν είναι απενεργοποιημένος, ένα τμήμα "εκτίθεται", κόβεται από ένα ειδικό σύμπλεγμα RNase ( αποικοδομητικός), και όλο το mRNA χρησιμοποιείται, διασπώντας σε μικρά θραύσματα. Η καταστολή από τον ριβοδιακόπτη σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται πυρηνολυτική ( πυρηνολυτικό) και είναι μη αναστρέψιμη, επειδή, σε αντίθεση με το παράδειγμα ( ΕΝΑ ), αντίστροφη εναλλαγή (επιστροφή σε ΕΠΙ) δεν είναι πλέον δυνατή. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι με αυτόν τον τρόπο μπορεί να επιτευχθεί η χρήση μιας ομάδας «περιττών» mRNA: ένας ριβοδιακόπτης είναι παρόμοιος με ένα μέρος ενός παιδικού συνόλου κατασκευής και μια ολόκληρη ομάδα λειτουργικά σχετιζόμενων μορίων μήτρας μπορεί να έχει διακόπτες παρόμοιους σε δομή.

Riboswitch - αισθητήρας για βακτήρια

Έτσι, υπάρχουν μικρά RNA που συσχετίζουν τις πρωτεΐνες, υπάρχουν μικρά RNA που παρεμβαίνουν στο mRNA του ίδιου του βακτηρίου, καθώς και RNA που συλλαμβάνονται από βακτήρια από ιούς και καταστέλλουν το DNA φάγων. Είναι δυνατόν να φανταστούμε κάποιον άλλο μηχανισμό ρύθμισης χρησιμοποιώντας μικρά RNA; Αποδεικνύεται ναι. Αν αναλύσουμε όσα περιγράφηκαν παραπάνω, θα διαπιστώσουμε ότι σε όλες τις περιπτώσεις αντινοηματικής ρύθμισης, παρατηρείται παρεμβολή μικρού RNA και του στόχου ως αποτέλεσμα υβριδισμού δύο άτομομόρια. Γιατί να μην κανονίσουμε μικρό RNA ως μέρος της ίδιας της μεταγραφής? Τότε είναι δυνατό, αλλάζοντας τη διαμόρφωση ενός τέτοιου «άστοχου Κοζάκου» μέσα στο mRNA, να αλλάξει η προσβασιμότητα ολόκληρου του προτύπου για ανάγνωση κατά τη μετάφραση ή, που είναι ακόμη πιο ενεργειακά σκόπιμο, να ρυθμιστεί η βιοσύνθεση του mRNA, δηλ. μεταγραφή!

Τέτοιες δομές είναι ευρέως παρούσες στα βακτηριακά κύτταρα και είναι γνωστές ως riboswitches ( ριμποδιακόπτης). Εντοπίζονται πριν από την αρχή του κωδικοποιητικού τμήματος του γονιδίου, στο 5' άκρο του mRNA. Συμβατικά, δύο δομικά μοτίβα μπορούν να διακριθούν στη σύνθεση των ριβοδιακοπτών: περιοχή απταμερούς, υπεύθυνη για τη δέσμευση με τον συνδέτη (ενεργό) και πλατφόρμα έκφρασης, παρέχοντας ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω της μετάβασης του mRNA σε εναλλακτικές χωρικές δομές. Για παράδειγμα, ένας τέτοιος διακόπτης (τύπου "off") χρησιμοποιείται για τη λειτουργία οπερόνιο λυσίνης: όταν υπάρχει περίσσεια λυσίνης, υπάρχει με τη μορφή μιας «μπερδεμένης» χωρικής δομής που εμποδίζει την ανάγνωση από το οπερόνιο και όταν υπάρχει έλλειψη, ο ριβοδιακόπτης «ξετυλίγεται» και οι πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για τη βιοσύνθεση του συντίθεται λυσίνη (Εικ. 3).

Το περιγραφόμενο σχηματικό διάγραμμα της συσκευής ριμποδιακόπτη δεν είναι κανόνας· υπάρχουν παραλλαγές. Ένας περίεργος διακόπτης ριμποσκόπτης "ενεργοποίησης" ανακαλύφθηκε στο Vibrio cholerae: η πλατφόρμα έκφρασης προηγείται δύο ταυτόχροναπεριοχή απταμερούς. Προφανώς, αυτό παρέχει μεγαλύτερη ευαισθησία και πιο ομαλή απόκριση στην εμφάνιση ενός άλλου αμινοξέος στο κύτταρο - της γλυκίνης. Ίσως, ένας «διπλός» ριβοδιακόπτης στο γονιδίωμα του παθογόνου του άνθρακα, παρόμοιος στην αρχή της δράσης, εμπλέκεται έμμεσα στο υψηλό ποσοστό επιβίωσης του βακτηρίου ( Bacillus anthracis). Αντιδρά σε μια ένωση που αποτελεί μέρος του ελάχιστου μέσου και είναι ζωτικής σημασίας για αυτό το μικρόβιο - η πυροφωσφορική θειαμίνη.

Εκτός από την εναλλαγή μεταβολικών οδών ανάλογα με το «μενού» που είναι διαθέσιμο στο βακτηριακό κύτταρο, οι ριβοδιακόπτες μπορούν να είναι αισθητήρες βακτηριακής ομοιόστασης. Έτσι, παρατηρήθηκαν στη ρύθμιση της διαθεσιμότητας ενός γονιδίου για ανάγνωση όταν διαταράσσεται η λειτουργία του συστήματος μετάφρασης μέσα στο κύτταρο (για παράδειγμα, σήματα όπως η εμφάνιση «μη φορτισμένων» tRNA και «ελαττωματικών» (σταματημένων) ριβοσωμάτων ), ή όταν αλλάζουν περιβαλλοντικοί παράγοντες (για παράδειγμα, αύξηση της θερμοκρασίας) .

Δεν χρειάζεται πρωτεΐνες, δώστε μας RNA!

Τι σημαίνει λοιπόν η παρουσία μιας τέτοιας ποικιλίας μικρών ρυθμιστών RNA μέσα στα βακτήρια; Αυτό υποδηλώνει απόρριψη της ιδέας όπου οι πρωτεΐνες είναι οι κύριοι «διαχειριστές» ή βλέπουμε μια άλλη τάση της μόδας; Προφανώς, ούτε το ένα ούτε το άλλο. Φυσικά, ορισμένα μικρά RNA είναι παγκόσμιοι ρυθμιστές των μεταβολικών οδών, όπως το αναφερόμενο CsrB, το οποίο εμπλέκεται, μαζί με το CsrC, στη ρύθμιση της αποθήκευσης οργανικού άνθρακα. Όμως, δεδομένης της αρχής του διπλασιασμού των λειτουργιών στα βιολογικά συστήματα, τα βακτηριακά μικρά RNA μπορούν να συγκριθούν με έναν «διαχειριστή κρίσης» και όχι με έναν CEO. Έτσι, σε συνθήκες όπου για την επιβίωση ενός μικροοργανισμού είναι απαραίτητο γρήγορααναδιαμορφώνουν τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό, ο ρυθμιστικός τους ρόλος μπορεί να είναι αποφασιστικός και πιο αποτελεσματικός από εκείνον των πρωτεϊνών με παρόμοιες λειτουργίες. Έτσι, οι ρυθμιστές RNA είναι υπεύθυνοι, μάλλον, για μια γρήγορη απόκριση, λιγότερο σταθεροί και αξιόπιστοι από ό,τι στην περίπτωση των πρωτεϊνών: δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το μικρό RNA διατηρεί την τρισδιάστατη δομή του και συγκρατείται στην ανασταλμένη μήτρα από ασθενείς δεσμούς υδρογόνου.

Τα ήδη αναφερθέντα μικρά RNA του Vibrio cholerae μπορούν να παρέχουν έμμεση επιβεβαίωση αυτών των θέσεων. Για αυτό το βακτήριο, η είσοδος στο ανθρώπινο σώμα δεν είναι επιθυμητός στόχος, αλλά, προφανώς, κατάσταση έκτακτης ανάγκης. Η παραγωγή τοξινών και η ενεργοποίηση άλλων οδών που σχετίζονται με τη λοιμογόνο δύναμη σε αυτή την περίπτωση είναι απλώς μια αμυντική αντίδραση στην επιθετική αντίθεση του περιβάλλοντος και των κυττάρων του σώματος σε «άγνωστους». Οι «σωτήρες» εδώ είναι μικρά RNA, για παράδειγμα το Qrr, που βοηθούν το vibrio, κάτω από στρεσογόνες συνθήκες, να τροποποιήσει τη στρατηγική επιβίωσής του, αλλάζοντας τη συλλογική συμπεριφορά. Αυτή η υπόθεση μπορεί επίσης να επιβεβαιωθεί έμμεσα από την ανακάλυψη του μικρού RNA VrrA, το οποίο συντίθεται ενεργά όταν υπάρχουν δονήσεις στο σώμα και καταστέλλει την παραγωγή μεμβρανικών πρωτεϊνών Omp. Οι «κρυμμένες» μεμβρανικές πρωτεΐνες στην αρχική φάση της μόλυνσης μπορεί να βοηθήσουν στην αποφυγή μιας ισχυρής ανοσολογικής απόκρισης από το ανθρώπινο σώμα (Εικ. 4).

Εικόνα 4. Μικρά RNA στην υλοποίηση των παθογόνων ιδιοτήτων του Vibrio cholerae. ΕΝΑ - Το Vibrio cholerae έχει καλή αίσθηση και αναπαράγεται καλά στο υδάτινο περιβάλλον. Το ανθρώπινο σώμα πιθανώς δεν είναι η κύρια οικολογική θέση για αυτό το μικρόβιο. σι - Μόλις περάσει η οδός μετάδοσης της λοίμωξης από το νερό ή την τροφή σε ένα επιθετικό περιβάλλον - το ανθρώπινο λεπτό έντερο - τα δονήματα, από άποψη οργανωμένης συμπεριφοράς, αρχίζουν να μοιάζουν με ψευδοοργανισμό, το κύριο καθήκον του οποίου είναι να συγκρατήσει την ανοσολογική απόκριση και δημιουργούν ένα ευνοϊκό περιβάλλον για αποικισμό. Τα κυστίδια μεμβράνης έχουν μεγάλη σημασία στο συντονισμό των ενεργειών εντός ενός βακτηριακού πληθυσμού και στην αλληλεπίδρασή τους με το σώμα. Οι μη πλήρως κατανοητοί περιβαλλοντικοί παράγοντες στο έντερο δρουν ως σήματα για την έκφραση μικρών RNA (για παράδειγμα, VrrA) σε δονήσεις. Ως αποτέλεσμα, ενεργοποιείται ο μηχανισμός σχηματισμού κυστιδίων, τα οποία είναι μη ανοσογόνα όταν ο αριθμός των κυττάρων Vibrio στο έντερο είναι χαμηλός. Εκτός από το περιγραφόμενο αποτέλεσμα, τα μικρά RNA βοηθούν στην «απόκρυψη» των μεμβρανικών πρωτεϊνών Omp που είναι δυνητικά προκλητικές για το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα. Με την έμμεση συμμετοχή των μικρών RNA Qrr1-4, ενεργοποιείται η εντατική παραγωγή τοξίνης χολέρας (δεν φαίνεται στο σχήμα), η οποία συμπληρώνει το εύρος των προσαρμοστικών αντιδράσεων του Vibrio cholerae. V - Μέσα σε λίγες ώρες, ο αριθμός των βακτηριακών κυττάρων αυξάνεται και η δεξαμενή των μικρών VrrA RNAs μειώνεται, γεγονός που πιθανότατα οδηγεί στην έκθεση των πρωτεϊνών της μεμβράνης. Ο αριθμός των «κενών» κυστιδίων μειώνεται επίσης σταδιακά και σε αυτό το στάδιο αντικαθίστανται από ανοσογόνα που παραδίδονται στα εντεροκύτταρα. Προφανώς, αυτό είναι μέρος του «σχεδίου» για την εφαρμογή ενός σύνθετου σήματος, το νόημα του οποίου είναι να προκαλέσει την εκκένωση των δονήσεων από το ανθρώπινο σώμα. Σημείωση: η αναλογία μεγέθους των βακτηριακών κυττάρων και των εντεροκυττάρων δεν τηρείται.

Θα είναι ενδιαφέρον να δούμε πώς θα αλλάξει η κατανόησή μας για τους ρυθμιστές μικρών RNA όταν ληφθούν νέα δεδομένα σε πλατφόρμες RNAseq, συμπεριλαμβανομένων των ελεύθερων και μη καλλιεργημένων μορφών. Πρόσφατη εργασία με τη χρήση «βαθιάς αλληλουχίας» έχει ήδη αποφέρει απροσδόκητα αποτελέσματα, υποδεικνύοντας την παρουσία μορίων που μοιάζουν με microRNA σε μεταλλαγμένους στρεπτόκοκκους. Φυσικά, τέτοια δεδομένα χρειάζονται προσεκτικό διπλό έλεγχο, αλλά όπως και να έχει, μπορούμε με βεβαιότητα να πούμε ότι η μελέτη μικρών RNA στα βακτήρια θα φέρει πολλές εκπλήξεις.

Ευχαριστίες

Οι πρωτότυπες ιδέες και ο σχεδιασμός σύνθεσης κατά τη δημιουργία της εικόνας τίτλου, καθώς και της εικόνας 4, ανήκουν σε πτυχιούχο του Ινστιτούτου Αρχιολογίας του Νότιου Ομοσπονδιακού Πανεπιστημίου Kopaeva E.A. Η παρουσία του Σχήματος 2 στο άρθρο είναι αξία του αναπληρωτή καθηγητή του τμήματος. Zoology SFU G.B. Μπαχτάτζε. Πραγματοποίησε επίσης επιστημονική διόρθωση και αναθεώρηση του σχήματος του τίτλου και του Σχήματος 4. Ο συγγραφέας τους εκφράζει τη βαθιά του ευγνωμοσύνη για την υπομονή και τη δημιουργική τους προσέγγιση στο θέμα. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον συνάδελφό μου, ανώτερο ερευνητή. εργαστήριο. βιοχημεία μικροβίων του Rostov Anti-Plague Institute Sorokin V.M. για τη συζήτηση του κειμένου του άρθρου και τη διατύπωση πολύτιμων σχολίων.

Βιβλιογραφία

1. Carl Woese (1928–2012) ;;. 80 , 1148-1154;
2. R. R. Breaker. (2012). Riboswitches και ο κόσμος του RNA. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 4 , a003566-a003566;
3. J. Patrick Bardill, Brian K. Hammer. (2012). Τα μη κωδικοποιητικά sRNA ρυθμίζουν τη λοιμογόνο δύναμη στο βακτηριακό παθογόνο Vibrio cholerae. Βιολογία RNA. 9 , 392-401;
4. Heon-Jin Lee, Su-Hyung Hong. (2012). Ανάλυση μικρού RNA μεγέθους microRNA σε Streptococcus mutans με βαθύ προσδιορισμό αλληλουχίας. FEMS Microbiol Lett. 326 , 131-136;
5. Μ.-Π. Caron, L. Bastet, A. Lussier, M. Simoneau-Roy, E. Masse, D. A. Lafontaine. (2012). Έλεγχος ριβοδιακόπτη διπλής δράσης της έναρξης μετάφρασης και της αποσύνθεσης του mRNA. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. 109 , E3444-E3453.