Dunyodagi katta va kichik barcha RNKlar haqida. Onkologiyada gen ifodasi va kichik RNKlar Kichik RNKlarning funktsiyalari

Soch iplarini hosil qiluvchi kichik RNKlar yoki soch iplarini hosil qiluvchi qisqa RNKlar (shRNA qisqa soch turmagi RNK, kichik soch turmagi RNK) ikkilamchi tuzilishda zich soch iplarini hosil qiluvchi qisqa RNK molekulalari. ShRNAlar ifodani o'chirish uchun ishlatilishi mumkin... ... Vikipediya

RNK polimeraza- replikatsiya vaqtida T. aquaticus hujayrasidan. Fermentning ba'zi elementlari shaffof bo'lib, RNK va DNK zanjirlari aniqroq ko'rinadi. Magniy ioni (sariq) fermentning faol joyida joylashgan. RNK polimeraza fermenti ...... Vikipediya

RNK aralashuvi- Lentivirusga asoslangan vektor va sutemizuvchilar hujayralarida RNK aralashuvi mexanizmi yordamida soch iplari bo'lgan kichik RNKlarni etkazib berish RNK ​​aralashuvi (a ... Vikipediya

RNK geni- Kodlanmagan RNK (ncRNK) oqsillarga aylantirilmagan RNK molekulalaridir. Ilgari ishlatilgan sinonim, kichik RNK (smRNK, kichik RNK) endi ishlatilmaydi, chunki ba'zi kodlanmaydigan RNKlar juda ... ... Vikipediya bo'lishi mumkin.

Kichik yadroviy RNKlar- (snRNK, snRNK) eukaryotik hujayralar yadrosida joylashgan RNK sinfi. Ular RNK polimeraza II yoki RNK polimeraza III tomonidan transkripsiya qilinadi va splicing (pishmagan mRNKdan intronlarni olib tashlash), tartibga solish kabi muhim jarayonlarda ishtirok etadi ... Vikipediya

Kichik nukleolyar RNKlar- (snoRNA, inglizcha snoRNA) ribosoma RNK, shuningdek, tRNK va kichik yadroli RNKning kimyoviy modifikatsiyalarida (metilatsiya va psevduridillanish) ishtirok etadigan kichik RNKlar sinfi. MeSH tasnifiga ko'ra, kichik yadroli RNKlar kichik guruh hisoblanadi... ... Vikipediya

kichik yadroli (past molekulyar yadroli) RNKlar- Geterogen yadro RNK bilan bog'langan kichik yadro RNKlarining (100,300 nukleotidlarning) keng guruhi (105,106) yadroning kichik ribonukleoprotein granulalarining bir qismidir; M.n.RNKlar biriktiruvchi tizimning zaruriy komponentidir... ...

kichik sitoplazmatik RNKlar- sitoplazmada lokalizatsiya qilingan kichik (100-300 nukleotid) RNK molekulalari kichik yadro RNKga o'xshaydi. [Arefyev V.A., Lisovenko L.A. Genetika atamalarining inglizcha-ruscha izohli lug'ati 1995 407 bet.] Mavzular genetika EN scyrpskichik sitoplazmatik... ... Texnik tarjimon uchun qo'llanma

U sinfidagi kichik yadro RNKlari- oqsil bilan bog'langan kichik (60 dan 400 nukleotidgacha) RNK molekulalari guruhi, ular splikoma tarkibining muhim qismini tashkil qiladi va intronlarni kesish jarayonida ishtirok etadi; 5 ta yaxshi o'rganilgan Usn turlaridan 4 tasida U1, U2, U4 va U5 RNKlar 5... ... Texnik tarjimon uchun qo'llanma

RNK biomarkerlari- * RNK biomarkerlari * RNK biomarkerlari oqsil sintezini (nsbRNK yoki npcRNA) kodlamaydigan juda ko'p sonli inson transkriptlari. Aksariyat hollarda kichik (miRNK, snoRNK) va uzun (antisens RNK, dsRNK va boshqa turdagi) RNK molekulalari... ... Genetika. Ensiklopedik lug'at

Kitoblar

• 1877 UAHga sotib oling (faqat Ukrainada)
• Klinik genetika. Darslik (+CD), Bochkov Nikolay Pavlovich, Puzyrev Valeriy Pavlovich, Smirnikhina Svetlana Anatolyevna. Tibbiyot fani va amaliyotining rivojlanishi bilan bog‘liq holda barcha boblar qayta ko‘rib chiqildi va to‘ldirildi. Multifaktorli kasalliklar, irsiy kasalliklarning oldini olish, davolash,...

Olimlarning fikricha, kichik RNKlarning noto'g'ri ifodalanishi butun dunyodagi ko'plab odamlarning sog'lig'iga jiddiy ta'sir ko'rsatadigan bir qator kasalliklarning sabablaridan biridir. Ushbu kasalliklarga yurak-qon tomir 23 va saraton 24 kiradi. Ikkinchisiga kelsak, bu ajablanarli emas: saraton hujayralar va ularning taqdiri rivojlanishidagi anormalliklarni ko'rsatadi va kichik RNKlar tegishli jarayonlarda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Mana saraton paytida kichik RNKlarning tanaga katta ta'sirining juda muhim misoli. Biz tug'ruqdan keyingi davrda emas, balki tananing dastlabki rivojlanishida harakat qiladigan genlarning noto'g'ri ifodalanishi bilan tavsiflangan malign shish haqida gapiramiz. Bu odatda ikki yoshdan oldin paydo bo'ladigan bolalik davridagi miya shishining bir turi. Afsuski, bu saratonning juda agressiv shakli bo'lib, bu erda prognoz intensiv davolanish bilan ham noqulaydir. Onkologik jarayon miya hujayralarida genetik materialning noto'g'ri qayta taqsimlanishi tufayli rivojlanadi. Odatda oqsil kodlovchi genlardan birining kuchli ifodasini qo'zg'atuvchi promotor kichik RNKlarning o'ziga xos klasteri bilan rekombinatsiyaga uchraydi. Keyin bu qayta tashkil etilgan butun hudud kuchaytiriladi: boshqacha qilib aytganda, genomda uning ko'plab nusxalari yaratiladi. Binobarin, ko'chirilgan promouterning "pastki oqimida" joylashgan kichik RNKlar kerak bo'lganidan ancha kuchliroq ifodalanadi. Faol kichik RNKlar darajasi odatdagidan taxminan 150-1000 baravar yuqori.

Guruch. 18.3. Spirtli ichimliklar bilan faollashtirilgan kichik RNKlar tananing alkogol ta'siriga chidamliligiga ta'sir qilmaydigan messenjer RNKlar bilan birlashishi mumkin. Ammo bu kichik RNKlar bunday qarshilikni kuchaytiradigan xabarchi RNK molekulalari bilan bog'lanmaydi. Bu spirtli ichimliklarga tolerantlik bilan bog'liq protein o'zgarishlarini kodlaydigan messenjer RNK molekulalari nisbatining nisbatan ustunligiga olib keladi.

Ushbu klaster 40 dan ortiq turli xil kichik RNKlarni kodlaydi. Aslida, bu odatda primatlarda topilgan bunday klasterlarning eng kattasidir. Odatda inson rivojlanishining boshida, embrion hayotining dastlabki 8 haftasida namoyon bo'ladi. Uning chaqaloq miyasida kuchli faollashishi genetik ekspressiyaga halokatli ta'sir ko'rsatadi. Natijalardan biri DNKga modifikatsiyalar qo'shadigan epigenetik oqsilning ifodasidir. Bu DNK metilatsiyasining butun sxemasida keng tarqalgan o'zgarishlarga olib keladi va shuning uchun barcha turdagi genlarning g'ayritabiiy ifodalanishiga olib keladi, ularning ko'pchiligi organizm rivojlanishining dastlabki bosqichlarida yetilmagan miya hujayralari bo'linganida ifodalanishi kerak. Saraton dasturi chaqaloqning 25 hujayralarida shunday boshlanadi.

Kichik RNKlar va hujayraning epigenetik apparati o'rtasidagi bunday aloqa hujayralar saratonga moyil bo'lgan boshqa holatlarga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Bu mexanizm, ehtimol, onadan qiz hujayralariga uzatiladigan epigenetik modifikatsiyadagi o'zgarishlar tufayli kichik RNK ifodasining buzilishi ta'sirini kuchaytiradi. Bu gen ekspressiyasida potentsial xavfli o'zgarishlar naqshini yaratishi mumkin.

Hozirgacha olimlar kichik RNKlarning epigenetik jarayonlar bilan o'zaro ta'sirining barcha bosqichlarini aniqlay olishmadi, ammo ular hali ham sodir bo'layotgan narsalarning xususiyatlari haqida ba'zi maslahatlar olishlari mumkin. Masalan, ko'krak bezi saratonining tajovuzkorligini kuchaytiradigan kichik RNKlarning ma'lum bir sinfi asosiy epigenetik modifikatsiyalarni olib tashlaydigan messenjer RNKlaridagi ba'zi fermentlarni nishonga olgani ma'lum bo'ldi. Bu saraton xujayrasidagi epigenetik modifikatsiyalar naqshini o'zgartiradi va genetik ifodani 26 yanada buzadi.

Bemorda saratonning ko'plab shakllarini kuzatish qiyin. Onkologik jarayonlar erishish qiyin bo'lgan joylarda sodir bo'lishi mumkin, bu esa namuna olish jarayonini murakkablashtiradi. Bunday hollarda shifokorning saraton jarayonining rivojlanishini va davolanishga bo'lgan munosabatini kuzatish oson emas. Ko'pincha shifokorlar bilvosita o'lchovlarga tayanishga majbur bo'lishadi - aytaylik, o'simtaning tomografik tekshiruvi. Ba'zi tadqiqotchilarning fikricha, kichik RNK molekulalari o'simta rivojlanishini kuzatish uchun yangi texnikani yaratishga yordam berishi mumkin, bu esa uning kelib chiqishini ham o'rganishi mumkin. Saraton hujayralari nobud bo'lganda, kichik RNKlar yorilib ketganda hujayradan chiqib ketadi. Bu kichik keraksiz molekulalar ko'pincha hujayra oqsillari bilan komplekslar hosil qiladi yoki hujayra membranalarining bo'laklariga o'raladi. Shu sababli, ular tana suyuqliklarida juda barqaror, ya'ni bunday RNKlarni ajratib olish va tahlil qilish mumkin. Ularning miqdori kichik bo'lgani uchun tadqiqotchilar juda nozik tahlil usullaridan foydalanishlari kerak. Biroq, bu erda imkonsiz narsa yo'q: nuklein kislotalar ketma-ketligining sezgirligi doimo oshib bormoqda 27 . Ko'krak bezi saratoni 28, tuxumdon saratoni 29 va boshqa bir qator saraton kasalliklari uchun ushbu yondashuvning va'dasini tasdiqlovchi ma'lumotlar chop etildi. O'pka saratoni bilan og'rigan bemorlarda kichik aylanma RNKlarni tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, bu RNKlar yolg'iz o'pka tugunlari bo'lgan bemorlarni (terapiyani talab qilmaydigan) va malign o'simta tugunlari (davolashni talab qiladigan) 30 rivojlantiradigan bemorlarni ajratishga yordam beradi.

), ribosomalardagi mRNKning u kodlagan oqsilga tarjima qilinishini oldini oladi. Oxir oqibat, kichik interferent RNKning ta'siri oddiygina gen ifodasini kamaytirish bilan bir xil.

Kichik interferent RNKlar 1999 yilda Buyuk Britaniyada Devid Baulkomb guruhi tomonidan o'simliklardagi transkripsiyadan keyingi genlarni o'chirish tizimining komponenti sifatida topilgan. PTGS, en: transkripsiyadan keyingi genlarni o'chirish). Jamoa o‘z xulosalarini Science jurnalida chop etdi.

Ikki zanjirli RNK RNKga bog'liq gen faollashuvi deb ataladigan mexanizm orqali gen ekspressiyasini kuchaytirishi mumkin. RNKa, kichik RNK tomonidan qo'zg'atilgan gen faollashuvi). Maqsadli genlarning promotorlarini to'ldiruvchi ikki zanjirli RNKlar tegishli genlarning faollashuviga sabab bo'lishi ko'rsatilgan. Sintetik ikki zanjirli RNKni qo'llashda RNKga bog'liq faollashuv inson hujayralari uchun ko'rsatildi. Boshqa organizmlarning hujayralarida ham shunga o'xshash tizim mavjudligi ma'lum emas.

Har qanday genni o'z xohishiga ko'ra o'chirish qobiliyatini ta'minlash orqali RNKga asoslangan kichik interferentsiyali RNK aralashuvi asosiy va amaliy biologiyaga katta qiziqish uyg'otdi. Biokimyoviy yo'llardagi muhim genlarni aniqlash uchun keng ko'lamli RNKi asosidagi testlar soni ortib bormoqda. Kasalliklarning rivojlanishi genlarning faolligi bilan ham belgilanadiganligi sababli, ba'zi hollarda kichik interferent RNK yordamida genni o'chirish terapevtik ta'sir ko'rsatishi mumkin.

Biroq, RNKga asoslangan kichik interferentsiyali RNK interferensiyasini hayvonlarga va ayniqsa odamlarga qo'llash juda ko'p qiyinchiliklarga duch keladi. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, kichik interferent RNKning samaradorligi har xil turdagi hujayralar uchun farq qiladi: ba'zi hujayralar kichik interferent RNK ta'siriga osonlik bilan javob beradi va gen ekspressiyasining pasayishini namoyish etadi, boshqalarda esa samarali transfeksiyaga qaramay, bu kuzatilmaydi. Ushbu hodisaning sabablari hali ham yaxshi tushunilmagan.

2005 yil oxirida chop etilgan birinchi ikkita RNKi terapevtiklarining (makula degeneratsiyasini davolash uchun mo'ljallangan) 1-bosqich sinovlari natijalari shuni ko'rsatadiki, kichik aralashuvchi RNK preparatlari bemorlar tomonidan osonlikcha toqat qilinadi va maqbul farmakokinetik xususiyatlarga ega.

Ebola virusiga qaratilgan kichik interferent RNKlarning dastlabki klinik sinovlari ular kasallikning ta'sir qilishdan keyingi profilaktikasi uchun samarali bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Ushbu dori eksperimental primatlarning butun guruhiga Zaire Ebolavirusining o'ldiradigan dozasini olgandan keyin omon qolishga imkon berdi.

Maqsadli mRNKning yo'q qilinishi kichik interferent RNK (siRNK) ta'sirida ham sodir bo'lishi mumkin. RNK aralashuvi molekulyar biologiyadagi yangi inqilobiy kashfiyotlardan biri bo'lib, uning mualliflari 2002 yilda buning uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. Interferentsiya qiluvchi RNKlar tuzilishi jihatidan boshqa RNK turlaridan juda farq qiladi va DNK molekulasidagi iplar kabi bir-biriga bog'langan, taxminan 21-28 azot asosli ikkita qo'shimcha RNK molekulasidir. Bunday holda, har bir siRNK zanjirining chetida har doim ikkita juftlashtirilmagan nukleotid qoladi. Ta'sir quyidagi tarzda amalga oshiriladi. siRNK molekulasi hujayra ichida joylashganida, birinchi bosqichda u ikkita hujayra ichidagi fermentlar - helikaz va nukleaza bilan kompleksga bog'lanadi. Ushbu kompleks RISC deb nomlangan ( R NA- i qo'zg'atilgan s jilovlash c murakkab; sukunat - ingliz jim bo'l, jim bo'l; jim bo'lish - o'chirish, ingliz va maxsus adabiyotlarda genni "o'chirish" jarayoni shunday deyiladi). Keyinchalik, helikaz siRNK iplarini ochadi va ajratadi va iplardan biri (tuzilmasi bo'yicha antisens) nukleaza bilan kompleksda maqsadli mRNKning to'ldiruvchi (uga to'g'ri keladigan) mintaqasi bilan maxsus o'zaro ta'sir qiladi, bu esa nukleazaga uni kesishga imkon beradi. ikki qismga. Keyin mRNKning kesilgan qismlari boshqa hujayrali RNK nukleazalarining ta'siriga duchor bo'ladi, ular keyinchalik ularni kichikroq bo'laklarga kesib tashlaydi.

O'simliklar va pastki hayvon organizmlarida (hasharotlarda) topilgan SiRNKlar "hujayra ichidagi immunitet" ning muhim qismi bo'lib, ularga begona RNKni tanib olish va tezda yo'q qilish imkonini beradi. Agar virusni o'z ichiga olgan RNK hujayraga kirsa, bunday himoya tizimi uning ko'payishini oldini oladi. Agar virus tarkibida DNK bo'lsa, siRNK tizimi uni virusli oqsillarni ishlab chiqarishni oldini oladi (chunki buning uchun zarur mRNK tan olinadi va kesiladi) va bu strategiyadan foydalanish uning butun tanaga tarqalishini sekinlashtiradi. siRNK tizimi juda kamsituvchi ekanligi aniqlandi: har bir siRNK faqat o'ziga xos mRNKni taniydi va yo'q qiladi. siRNK ichida faqat bitta nukleotidni almashtirish interferentsiya effektining keskin pasayishiga olib keladi. Hozirgacha ma'lum bo'lgan gen blokerlarining hech biri o'zining maqsadli geniga nisbatan o'ziga xos xususiyatga ega emas.

Hozirgi vaqtda bu usul asosan turli hujayra oqsillarining funktsiyalarini aniqlash uchun ilmiy tadqiqotlarda qo'llaniladi. Shu bilan birga, u dori vositalarini yaratish uchun ham ishlatilishi mumkin.

RNK interferensiyasining kashf etilishi OITS va saratonga qarshi kurashda yangi umid uyg'otdi. An'anaviy antiviral va saratonga qarshi terapiya bilan birgalikda siRNA terapiyasini qo'llash orqali potentsial ta'sirga erishish mumkin, bunda ikkita davolash har birining oddiy yig'indisidan ko'ra ko'proq terapevtik ta'sirga olib keladi.

Terapevtik maqsadlarda sutemizuvchilar hujayralarida siRNK interferentsiya mexanizmidan foydalanish uchun hujayralarga tayyor ikki zanjirli siRNK molekulalari kiritilishi kerak. Biroq, hozirda buni amalda amalga oshirishga imkon bermaydigan, har qanday dozaj shakllarini yaratishga imkon bermaydigan bir qator muammolar mavjud. Birinchidan, qonda ular organizmni himoya qilishning birinchi esheloniga, fermentlarga ta'sir qiladi - nukleazlar, bu bizning tanamiz uchun RNKning potentsial xavfli va g'ayrioddiy juft zanjirlarini kesib tashlaydi. Ikkinchidan, ularning nomlariga qaramay, kichik RNKlar hali ham juda uzun va eng muhimi, ular manfiy elektrostatik zaryadga ega, bu ularning hujayra ichiga passiv kirib borishini imkonsiz qiladi. Uchinchidan, eng muhim savollardan biri - siRNKni sog'lom hujayralarga ta'sir qilmasdan, faqat ma'lum ("kasal") hujayralarda qanday ishlashini (yoki kirib borishini) qanday qilish kerak? Va nihoyat, o'lcham masalasi. Bunday sintetik siRNKning optimal hajmi bir xil 21-28 nukleotiddir. Agar siz uning uzunligini oshirsangiz, hujayralar interferon ishlab chiqarish va oqsil sintezini kamaytirish orqali javob beradi. Boshqa tomondan, agar siz 21 nukleotiddan kichikroq siRNK dan foydalanmoqchi bo'lsangiz, uning kerakli mRNK bilan bog'lanish o'ziga xosligi va RISC kompleksini shakllantirish qobiliyati keskin pasayadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu muammolarni bartaraf etish nafaqat siRNK terapiyasi, balki umuman gen terapiyasi uchun ham juda muhimdir.

Ularni hal etishda allaqachon ma'lum yutuqlarga erishildi. Masalan, olimlar kimyoviy modifikatsiyalar orqali siRNK molekulalarini samaraliroq qilishga harakat qilmoqdalar. lipofil, ya'ni hujayra membranasini tashkil etuvchi yog'larda eriydi va shu bilan siRNK ning hujayra ichiga kirib borishini osonlashtiradi. Va faqat ma'lum to'qimalarda ishning o'ziga xosligini ta'minlash uchun genetik muhandislar o'z konstruktsiyalariga faollashtirilgan va bunday konstruktsiyadagi ma'lumotlarni (va shuning uchun siRNK, agar u mavjud bo'lsa) o'qishni qo'zg'atadigan maxsus tartibga soluvchi bo'limlarni o'z ichiga oladi. faqat ma'lum hujayralardagi to'qimalarda.

Shunday qilib, Kaliforniya universiteti, San-Diego tibbiyot maktabi tadqiqotchilari hujayralarga ma'lum oqsillarni ishlab chiqarishni bostiradigan kichik interferent RNK (siRNK) etkazib berishning yangi samarali tizimini ishlab chiqdilar. Ushbu tizim saraton o'smalarining har xil turlariga maxsus dori vositalarini etkazib berish texnologiyasi uchun asos bo'lishi kerak. "RNK interferensiyasi deb ataladigan jarayonni amalga oshiradigan kichik interferent RNKlar saraton kasalligini davolash uchun ajoyib salohiyatga ega", deb tushuntiradi tadqiqotga rahbarlik qilgan professor Stiven Daudi: "va biz hali ko'p ish qilishimiz kerak bo'lsa-da, biz hozirda saraton kasalligini davolash uchun ajoyib imkoniyatga egamiz. Sog'lom hujayralarga zarar etkazmasdan, birlamchi o'sma va metastazlarga dori-darmonlarni etkazib beradigan texnologiya.

Ko'p yillar davomida Doudi va uning hamkasblari kichik interferent RNKlarning saratonga qarshi salohiyatini o'rganishdi. Biroq, an'anaviy siRNKlar kichik, manfiy zaryadlangan molekulalar bo'lib, ularning xususiyatlari tufayli hujayralarga etkazib berish juda qiyin. Bunga erishish uchun olimlar qisqa signal beruvchi protein PTD (peptid transduktsiya domeni) dan foydalanganlar. Ilgari, uning ishlatilishi bilan 50 dan ortiq "gibrid oqsillar" yaratilgan bo'lib, ularda PTD o'simtani bostiruvchi oqsillar bilan birlashtirilgan.

Shu bilan birga, siRNKni PTD ga oddiygina ulash RNK ​​ning hujayraga yetkazilishiga olib kelmaydi: siRNK manfiy zaryadlanadi, PTD musbat zaryadlanadi, natijada hujayra membranasi bo‘ylab tashilmaydigan zich RNK-oqsil konglomerati hosil bo‘ladi. Shunday qilib, tadqiqotchilar birinchi navbatda PTDni siRNKning manfiy zaryadini zararsizlantiruvchi RNK-bog'lovchi oqsil domeniga birlashtirdilar (natijada PTD-DRBD deb ataladigan termoyadroviy oqsil paydo bo'ldi). Bunday RNK-oqsil kompleksi hujayra membranasidan osongina o'tib, hujayra sitoplazmasiga kiradi, u erda o'simta o'sishini faollashtiradigan xabarchi RNK oqsillarini maxsus ravishda inhibe qiladi.

PTD-DRBD termoyadroviy oqsilining siRNKni hujayralarga etkazib berish qobiliyatini aniqlash uchun olimlar inson o'pka saratonidan olingan hujayra chizig'idan foydalanganlar. Hujayralarni PTD-DRBD-siRNA bilan davolashdan so'ng, o'simta hujayralari siRNKga eng sezgir ekanligi aniqlandi, normal hujayralarda (T hujayralari, endotelial hujayralar va embrion ildiz hujayralari nazorat sifatida ishlatilgan), bu erda onkogen ishlab chiqarishning ko'payishi kuzatilmagan. oqsillar, toksik ta'sirlar kuzatilmadi.

Bu usul turli xil modifikatsiyalarga duchor bo'lishi mumkin, turli xil o'simta oqsillarini bostirish uchun turli siRNKlar yordamida - nafaqat ortiqcha ishlab chiqarilgan, balki mutantlar ham. Odatda yangi mutatsiyalar tufayli kimyoterapiya preparatlariga chidamli bo'lib qolgan o'smalarning qaytalanishi holatlarida terapiyani o'zgartirish ham mumkin.

Onkologik kasalliklar juda o'zgaruvchan bo'lib, o'simta hujayralari oqsillarining molekulyar xususiyatlari har bir bemor uchun individualdir. Ish mualliflari bunday vaziyatda kichik interferent RNK dan foydalanish terapiyaga eng oqilona yondashuv deb hisoblashadi.

Tirik hujayrada yadro va sitoplazma o'rtasidagi ma'lumotlar oqimi hech qachon qurimaydi, lekin uning barcha "burilishlarini" tushunish va unda kodlangan ma'lumotlarni dekodlash haqiqatan ham Gerkulning vazifasidir. O'tgan asrning biologiyasining eng muhim yutuqlaridan biri yadrodan (xromosomalardan) sitoplazmaga axborot "xabarlari" ni o'tkazuvchi vositachi bo'lib xizmat qiluvchi axborot (yoki matritsa) RNK (mRNK yoki mRNK) molekulalarining kashf etilishini ko'rib chiqish mumkin. . Protein sintezidagi RNKning hal qiluvchi roli 1939 yilda Torbyorn Kasperssonning ishida bashorat qilingan. Torbyorn Kaspersson), Jan Bracheta ( Jan Brachet) va Jek Shults ( Jek Shults) va 1971 yilda Jorj Marbeis ( Jorj Marbaix) bu oqsilni kodlovchi birinchi izolyatsiya qilingan quyon xabarchi RNKsini yuborish orqali qurbaqa oositlarida gemoglobin sintezini qo'zg'atdi.

1956-1957 yillarda Sovet Ittifoqida A. N. Belozerskiy va A. S. Spirin mRNK mavjudligini mustaqil ravishda isbotladilar, shuningdek, hujayradagi RNKning asosiy qismi shablon emas, balki uni aniqladilar. ribosoma RNK(rRNK). Ribosomal RNK - hujayra RNKning ikkinchi "asosiy" turi - barcha organizmlarda ribosomalarning "skeleti" va funktsional markazini hosil qiladi; Bu oqsil sintezining asosiy bosqichlarini tartibga soluvchi rRNK (oqsillar emas). Shu bilan birga, RNKning uchinchi "asosiy" turi tasvirlangan va o'rganilgan - transfer RNKlari (tRNKlar), ular boshqa ikkita - mRNK va rRNK bilan birgalikda yagona oqsil sintezlovchi kompleksni hosil qiladi. Juda mashhur "RNK dunyosi" gipotezasiga ko'ra, Yerdagi hayotning kelib chiqishida aynan shu nuklein kislota yotardi.

RNK DNKga nisbatan ancha gidrofil bo'lganligi sababli (dezoksiribozani riboza bilan almashtirish tufayli) u ko'proq labildir va hujayrada nisbatan erkin harakatlanishi mumkin va shuning uchun genetik ma'lumotlarning (mRNK) qisqa muddatli nusxalarini etkazib beradi. oqsil sintezini boshlaydigan joyga. Biroq, bu bilan bog'liq "noqulaylik" ni ta'kidlash kerak - RNK juda beqaror. U DNK dan (hatto hujayra ichida ham) ancha yomon saqlanadi va sharoitning eng kichik o'zgarishida (harorat, pH) buziladi. "O'z" beqarorligiga qo'shimcha ravishda, ribonukleazlar (yoki RNazalar) - juda barqaror va "hamma joyda" bo'lgan RNKni parchalovchi fermentlar sinfiga katta hissa qo'shadi - hatto eksperimentatorning qo'llari terisida ham bu fermentlarni inkor etish uchun etarli miqdorda mavjud. butun tajriba. Shu sababli, RNK bilan ishlash oqsillar yoki DNK bilan ishlashga qaraganda ancha qiyin - ikkinchisi odatda yuz minglab yillar davomida deyarli zararsiz saqlanishi mumkin.

Ish paytida ajoyib g'amxo'rlik, tri-distillat, steril qo'lqoplar, bir marta ishlatiladigan laboratoriya idishlari - bularning barchasi RNK degradatsiyasini oldini olish uchun zarur, ammo bunday standartlarni saqlab qolish har doim ham mumkin emas edi. Shu sababli, uzoq vaqt davomida ular muqarrar ravishda eritmalarni ifloslantiradigan RNKning qisqa "parchalari" ga e'tibor bermadilar. Biroq, vaqt o'tishi bilan ma'lum bo'ldiki, ish joyining bepushtligini saqlashga qaratilgan barcha sa'y-harakatlarga qaramay, "chiqindilar" tabiiy ravishda kashf qilinishda davom etdi va keyin sitoplazmada har doim minglab qisqa ikki ipli RNKlar mavjudligi ma'lum bo'ldi. , juda o'ziga xos funktsiyalarni bajaradi va hujayralar va organizmning normal rivojlanishi uchun mutlaqo zarurdir.

RNK interferensiyasi printsipi

Farmatsevtlarni siRNKdan foydalanish imkoniyati ham qiziqtirdi, chunki individual genlarning ishlashini maxsus tartibga solish qobiliyati ko'plab kasalliklarni davolashda misli ko'rilmagan istiqbollarni va'da qiladi. Kichik o'lcham va ta'sirning yuqori o'ziga xosligi siRNKga asoslangan dorilarning yuqori samaradorligi va past toksikligini va'da qiladi; ammo muammoni hal qiling yetkazib berish Tanadagi kasal hujayralarga siRNK hali muvaffaqiyatli bo'lmadi - bu bu molekulalarning mo'rtligi va mo'rtligi bilan bog'liq. Va hozirda o'nlab jamoalar ushbu "sehrli o'qlarni" aniq nishonga (kasal organlar ichidagi) yo'naltirish yo'lini topishga harakat qilishsa ham, ular hali ko'rinadigan muvaffaqiyatga erisha olishmadi. Bundan tashqari, boshqa qiyinchiliklar ham mavjud. Masalan, antiviral terapiyada siRNK ta'sirining yuqori selektivligi yomon xizmat qilishi mumkin - viruslar tezda mutatsiyaga uchraganligi sababli, o'zgartirilgan shtamm terapiya boshida tanlangan siRNKga sezgirligini juda tez yo'qotadi: ma'lumki siRNKda faqat bitta nukleotidni almashtirish interferentsiya effektini sezilarli darajada pasayishiga olib keladi.

Shu o'rinda yana bir bor eslash kerak - siRNKlar topildi faqat o'simliklar, umurtqasizlar va bir hujayrali organizmlarda; RNK aralashuvi uchun oqsillarning gomologlari (Dicer, RISC kompleksi) yuqori hayvonlarda ham mavjud bo'lsa-da, siRNKlar an'anaviy usullar bilan aniqlanmagan. Qachon hayratda qoldi sun'iy ravishda kiritilgan sintetik siRNK analoglari sutemizuvchilar hujayra madaniyatida kuchli o'ziga xos dozaga bog'liq ta'sir ko'rsatdi! Bu shuni anglatadiki, umurtqali hayvonlar hujayralarida RNK aralashuvi murakkabroq immunitet tizimlari bilan almashtirilmagan, balki organizmlar bilan birga evolyutsiya natijasida yanada "ilg'or" narsaga aylangan. Binobarin, sutemizuvchilarda siRNKning aniq analoglarini emas, balki ularning evolyutsion vorislarini izlash kerak edi.

№2 o'yinchi - mikroRNK

Darhaqiqat, RNK aralashuvining evolyutsion jihatdan qadimiy mexanizmiga asoslanib, ko'proq rivojlangan organizmlarda genlar ishini boshqarish uchun ikkita maxsus tizim paydo bo'ldi, ularning har biri o'zining kichik RNK guruhidan foydalanadi - mikroRNK(mikroRNK) va piRNK(piRNK, Piwi bilan o'zaro ta'sir qiluvchi RNK). Ikkala tizim ham gubkalar va koelenteratlarda paydo bo'lgan va ular bilan birgalikda siRNKni va "yalang'och" RNK aralashuvi mexanizmini almashtirgan holda rivojlangan. Ularning immunitetni ta'minlashdagi roli pasayib bormoqda, chunki bu funktsiyani hujayra immunitetining yanada rivojlangan mexanizmlari, xususan, interferon tizimi o'z zimmasiga olgan. Biroq, bu tizim shu qadar sezgirki, uni siRNKning o'zi ham qo'zg'atadi: sutemizuvchilar hujayrasida kichik ikki zanjirli RNK paydo bo'lishi "signal signalini" ishga tushiradi (interferon sekretsiyasini faollashtiradi va interferonga bog'liq genlar ifodasini keltirib chiqaradi, barcha tarjima jarayonlarini butunlay bloklaydi). Shu munosabat bilan, yuqori hayvonlarda RNK aralashuvi mexanizmi asosan mikroRNKlar va piRNKlar - interferon tizimi tomonidan aniqlanmagan o'ziga xos tuzilishga ega bo'lgan bir zanjirli molekulalar orqali amalga oshiriladi.

Genom murakkablashgan sari, mikroRNK va piRNKlar transkripsiya va translatsiyani tartibga solishda tobora ko'proq ishtirok eta boshladi. Vaqt o'tishi bilan ular genomni tartibga solishning qo'shimcha, aniq va nozik tizimiga aylandi. SiRNK dan farqli o'laroq, mikroRNK va piRNK (2001 yilda topilgan, 3-bandga qarang) xorijiy ikki zanjirli RNK molekulalaridan ishlab chiqarilmaydi, lekin dastlab xost genomida kodlangan.

Tanishish: mikroRNK

MikroRNK prekursori genomik DNKning ikkala zanjiridan RNK polimeraza II tomonidan transkripsiya qilinadi, natijada oddiy mRNK - m 7 G-qopqoq va polyA dumining xususiyatlarini o'zida mujassam etgan oraliq shakl - pri-mikroRNK paydo bo'ladi. Bu prekursor markazda ikkita bir ipli "dumlar" va bir nechta juftlashtirilmagan nukleotidlar bilan halqa hosil qiladi (3-rasm). Bunday halqa ikki bosqichli ishlovdan o'tadi (4-rasm): birinchi navbatda, endonukleaza Drosha soch ipidan bir ipli RNK "dumlarini" kesib tashlaydi, shundan so'ng kesilgan soch ipi (mikroRNKdan oldingi) sitoplazmaga eksport qilinadi, u erda u. Dicer tomonidan tan olinadi, u yana ikkita kesishadi (ikki chiziqli qism kesiladi, 3-rasmda rang bilan ko'rsatilgan). Ushbu shaklda siRNKga o'xshash etuk mikroRNK RISC kompleksiga kiradi.

Shakl 3. Ikki zanjirli mikroRNK prekursor molekulasining tuzilishi. Asosiy xususiyatlar: soch turmagini tashkil etuvchi saqlanib qolgan ketma-ketliklarning mavjudligi; 3' uchida ikkita "qo'shimcha" nukleotidga ega bo'lgan qo'shimcha nusxaning (mikroRNK *) mavjudligi; endonukleazlarni tanib olish joyini tashkil etuvchi o'ziga xos ketma-ketlik (2-8 bp). MikroRNKning o'zi qizil rang bilan ta'kidlangan - bu Dicer tomonidan kesilgan narsa.

Ko'pgina mikroRNKlarning ta'sir qilish mexanizmi siRNKlarning ta'siriga o'xshaydi: RISC oqsil kompleksining bir qismi sifatida qisqa (21-25 nukleotid) bir ipli RNK 3' tarjima qilinmagan mintaqadagi komplementar joy bilan yuqori o'ziga xoslik bilan bog'lanadi. maqsadli mRNK. Bog'lanish mRNKning Ago oqsili tomonidan parchalanishiga olib keladi. Shu bilan birga, mikroRNKning faolligi (siRNK bilan solishtirganda) allaqachon ko'proq farqlanadi - agar komplementarlik mutlaq bo'lmasa, maqsadli mRNK buzilmasligi mumkin, faqat teskari tarzda bloklanadi (tarjima bo'lmaydi). Xuddi shu RISC kompleksidan ham foydalanish mumkin sun'iy ravishda kiritilgan siRNK. Bu protozoa bilan o'xshashlik asosida yaratilgan siRNKlar nega sutemizuvchilarda ham faol ekanligini tushuntiradi.

Shunday qilib, biz yuqori (ikki tomonlama simmetrik) organizmlarda RNK interferensiyasining ta'sir mexanizmini tasvirini mikroRNKlar va biotexnologik kiritilgan siRNKlarning harakat diagrammasini bitta rasmda birlashtirib to'ldirishimiz mumkin (5-rasm).

5-rasm. Sun'iy mikroRNK va siRNK ta'sirining umumlashtirilgan sxemasi(sun'iy siRNKlar maxsus plazmidlar yordamida hujayra ichiga kiritiladi - siRNK vektorini nishonga olish).

MikroRNK funktsiyalari

MikroRNKlarning fiziologik funktsiyalari nihoyatda xilma-xildir - aslida ular ontogenezning oqsil bo'lmagan asosiy regulyatorlari sifatida ishlaydi. mikroRNKlar bekor qilmaydi, lekin genlarni tartibga solishning "klassik" sxemasini to'ldiradi (induktorlar, supressorlar, xromatinni siqish va boshqalar). Bundan tashqari, mikroRNKlarning o'zlari sintezi murakkab tartibga solinadi (mikroRNKlarning ma'lum hovuzlari interferonlar, interleykinlar, o'sma nekrozi omili a (TNF-a) va boshqa ko'plab sitokinlar tomonidan yoqilishi mumkin). Natijada, minglab genlarning "orkestrini" sozlashning ko'p darajali tarmog'i paydo bo'ladi, bu uning murakkabligi va moslashuvchanligi bilan hayratlanarli, ammo bu shu bilan tugamaydi.

mikroRNKlar siRNKlarga qaraganda ko'proq "universal"dir: "bo'lim" genlari 100% to'ldiruvchi bo'lishi shart emas - tartibga solish ham qisman o'zaro ta'sir orqali amalga oshiriladi. Bugungi kunda molekulyar biologiyaning eng dolzarb mavzularidan biri ma'lum fiziologik jarayonlarning muqobil regulyatorlari sifatida ishlaydigan mikroRNKlarni izlashdir. Masalan, o'simliklar, Drosophila va nematodalarda hujayra siklini va apoptozni tartibga solishda ishtirok etadigan mikroRNKlar allaqachon tasvirlangan; odamlarda mikroRNKlar immunitet tizimini va gematopoetik ildiz hujayralarining rivojlanishini tartibga soladi. Biochipga asoslangan texnologiyalardan foydalanish (mikro-massiv skrining) kichik RNKlarning butun hovuzlari hujayra hayotining turli bosqichlarida yoqilgan va o'chirilganligini ko'rsatdi. Biologik jarayonlar uchun o'nlab o'ziga xos mikroRNKlar aniqlangan, ularning ifoda darajasi ma'lum sharoitlarda minglab marta o'zgaradi va bu jarayonlarning alohida nazorat qilinishini ta'kidlaydi.

Yaqin vaqtgacha mikroRNKlar faqat genlarning ishini to'liq yoki qisman bostiradi, deb ishonilgan. Biroq, yaqinda ma'lum bo'ldiki, mikroRNKlarning ta'siri hujayraning holatiga qarab tubdan farq qilishi mumkin! Faol bo'linadigan hujayrada mikroRNK mRNKning 3' mintaqasidagi komplementar ketma-ketlikka bog'lanadi va oqsil sintezini (translatsiyasini) inhibe qiladi. Biroq, dam olish yoki stress holatida (masalan, kambag'al muhitda o'sayotganda) xuddi shu hodisa mutlaqo teskari ta'sirga olib keladi - maqsadli oqsilning sintezi kuchayadi!

MikroRNK evolyutsiyasi

Yuqori organizmlardagi mikroRNK navlarining soni hali to'liq aniqlanmagan - ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, u protein kodlovchi genlar sonining 1% dan oshadi (masalan, odamlarda ular 700 mikroRNK borligini aytishadi va bu raqam doimiy ravishda o'sib boradi). mikroRNKlar barcha genlarning taxminan 30% faolligini tartibga soladi (ularning ko'pchiligining maqsadlari hali ma'lum emas) va hamma joyda va to'qimalarga xos molekulalar mavjud - masalan, mikroRNKlarning shunday muhim hovuzlaridan biri qon ildizining etukligini tartibga soladi. hujayralar.

Turli organizmlarning turli to'qimalarida keng ifodalangan profil va mikroRNKlarning biologik tarqalishi evolyutsion jihatdan qadimiy kelib chiqishini ko'rsatadi. MikroRNKlar birinchi marta nematodalarda topilgan va uzoq vaqt davomida bu molekulalar faqat gubkalar va koelenteratlarda paydo bo'lishiga ishonishgan; ammo ular keyinchalik bir hujayrali suvo'tlarda topilgan. Qizig'i shundaki, organizmlar murakkablashgani sayin miRNK hovuzining soni va heterojenligi ham ortadi. Bu bilvosita ushbu organizmlarning murakkabligi, xususan, mikroRNKlarning ishlashi bilan ta'minlanganligini ko'rsatadi. MiRNKlarning mumkin bo'lgan evolyutsiyasi 6-rasmda ko'rsatilgan.

6-rasm. Turli organizmlardagi mikroRNK xilma-xilligi. Organizm qanchalik baland bo'lsa, unda mikroRNKlar shunchalik ko'p bo'ladi (qavs ichidagi son). Ular topilgan turlar qizil rang bilan ta'kidlangan. yagona mikroRNK.

Quyidagi faktlar asosida siRNK va mikroRNK o'rtasida aniq evolyutsion aloqa o'rnatilishi mumkin:

• ikkala turning ta'siri bir-birini almashtiradi va gomologik oqsillar vositasida amalga oshiriladi;
• Sutemizuvchilar hujayralariga kiritilgan siRNKlar kerakli genlarni maxsus "o'chiradi" (interferon himoyasining ba'zi faollashuviga qaramay);
• mikroRNKlar tobora ko'proq qadimgi organizmlarda kashf qilinmoqda.

Ushbu va boshqa ma'lumotlar ikkala tizimning ham umumiy "ajdod" dan kelib chiqishini ko'rsatadi. Shunisi qiziqki, oqsil antikorlarining mustaqil kashshofi sifatida "RNK" immuniteti oqsillarga emas, balki RNKga asoslangan hayotning birinchi shakllarining kelib chiqishi nazariyasini tasdiqlaydi (esda tutingki, bu akademik A.S. Spirinning sevimli nazariyasi). .

Qanchalik uzoqqa borsangiz, shunchalik chalkash bo'ladi. №3 o'yinchi - piRNA

Molekulyar biologiya maydonida faqat ikkita "o'yinchi" bo'lgan bo'lsa-da - siRNK va mikroRNK - RNK aralashuvining asosiy "maqsadlari" butunlay aniq bo'lib tuyuldi. Haqiqatan ham: turli organizmlardagi gomologik qisqa RNKlar va oqsillar to'plami shu kabi harakatlarni amalga oshiradi; Organizmlar murakkablashgani sari funksionallik ham o‘zgaradi.

Biroq, evolyutsiya jarayonida tabiat RNK aralashuvining xuddi shunday muvaffaqiyatli printsipiga asoslangan boshqa, evolyutsiya jihatidan eng yangi va yuqori darajada ixtisoslashgan tizimni yaratdi. Biz piRNK (piRNA, dan Piwi-o'zaro ta'sirli RNK).

Genom qanchalik murakkab tuzilgan bo'lsa, organizm shunchalik rivojlangan va moslashgan bo'ladi (yoki aksincha? ;-). Biroq, genom murakkabligining ortishi ham salbiy tomonga ega: murakkab genetik tizimga aylanadi beqaror. Bu genomning yaxlitligini saqlash uchun mas'ul bo'lgan mexanizmlarga ehtiyojga olib keladi - aks holda DNKning o'z-o'zidan "aralashmasi" uni o'chirib qo'yadi. Mobil genetik elementlar ( MGE) - genom beqarorligining asosiy omillaridan biri - avtonom ravishda transkripsiyalanishi va genom bo'ylab ko'chishi mumkin bo'lgan qisqa beqaror hududlar. Bunday transpozitsiyalanuvchi elementlarning faollashishi xromosomalarda ko'p DNK uzilishiga olib keladi, bu esa halokatli oqibatlarga olib kelishi mumkin.

MGElar soni genom hajmiga qarab nochiziqli ravishda oshadi va ularning faolligi saqlanishi kerak. Buning uchun hayvonlar, koelenteratlardan boshlab, RNK interferensiyasining bir xil hodisasidan foydalanadilar. Bu funktsiyani qisqa RNKlar ham bajaradi, lekin allaqachon muhokama qilinganlar emas, balki ularning uchinchi turi - piRNKlar.

piRNKning "portreti"

piRNK funktsiyalari

piRNKning asosiy vazifasi transkripsiya va translatsiya darajasida MGE faolligini bostirishdir. PiRNKlar faqat embriogenez davrida, genomning oldindan aytib bo'lmaydigan o'zgarishi ayniqsa xavfli bo'lgan va embrionning o'limiga olib kelishi mumkin bo'lgan davrda faol bo'ladi, deb ishoniladi. Bu mantiqan to'g'ri - immun tizimi hali ishlamaganida, embrion hujayralari oddiy, ammo samarali himoyaga muhtoj. Embrion platsenta (yoki tuxum qobig'i) tomonidan tashqi patogenlardan ishonchli himoyalangan. Ammo bunga qo'shimcha ravishda, endogen (ichki) viruslardan, birinchi navbatda, MGEdan himoya ham zarur.

PiRNKning bu roli tajriba bilan tasdiqlangan - Ago3, Piwi yoki Aub genlarining "nokauti" yoki mutatsiyalari jiddiy rivojlanish buzilishlariga (va bunday organizm genomidagi mutatsiyalar sonining keskin ko'payishiga) olib keladi, shuningdek, sabab bo'ladi. jinsiy hujayralar rivojlanishining buzilishi tufayli bepushtlik.

PiRNKlarning tarqalishi va evolyutsiyasi

Birinchi piRNKlar allaqachon dengiz anemonlari va gubkalarda topilgan. O'simliklar boshqacha yo'l tutishdi - ularda Piwi oqsillari topilmadi va transpozonlar uchun "og'iz" rolini endonukleaza Ago4 va siRNK bajaradi.

Yuqori hayvonlarda, jumladan, odamlarda - piRNK tizimi juda yaxshi rivojlangan, ammo uni faqat embrion hujayralarida va amniotik endoteliyda topish mumkin. Nima uchun piRNK ning tanadagi taqsimoti shunchalik cheklanganligi haligacha ko'rish mumkin. Taxmin qilish mumkinki, har qanday kuchli qurol kabi, piRNKlar faqat o'ziga xos sharoitlarda (homila rivojlanishi davrida) foydalidir va kattalar tanasida ularning faoliyati yaxshilikdan ko'ra ko'proq zarar keltiradi. Shunga qaramay, piRNKlar soni ma'lum oqsillar sonidan kattalik tartibiga ko'ra oshadi va piRNKlarning etuk hujayralardagi o'ziga xos bo'lmagan ta'sirini oldindan aytish qiyin.

Xulosa

Xulosa qilib, men RNK interferensiyasida ishtirok etuvchi oqsil apparati evolyutsiyasini ko'rsatadigan jadvalni taqdim qilmoqchiman (9-rasm). Ko'rinib turibdiki, protozoalarda siRNK tizimi (Ago, Dicer oqsillari oilalari) eng rivojlangan va organizmlar murakkablashgani sayin, urg'u ko'proq ixtisoslashgan tizimlarga - mikroRNK (Drosha, Pasha) va piRNK uchun oqsil izoformlari soniga o'tadi. (Piwi, Hen1) ortadi. Shu bilan birga, siRNK ta'sirida vositachilik qiluvchi fermentlarning xilma-xilligi kamayadi.

9-rasm. RNK interferensiyasida ishtirok etuvchi oqsillarning xilma-xilligi(raqamlar har bir guruhning oqsillari sonini ko'rsatadi). Moviy siRNK va mikroRNKga xos bo'lgan elementlar ta'kidlangan va qizil- protein Va piRNK bilan bog'liq.

RNK interferensiyasi fenomeni eng oddiy organizmlar tomonidan qo'llanila boshlandi. Bu mexanizm asosida tabiat immun tizimining prototipini yaratdi va organizmlar murakkablashgani sari RNK interferensiyasi genom faoliyatining ajralmas regulyatoriga aylanadi. Ikki xil mexanizm va uch turdagi qisqa RNKlar ( sm. tab. 1) - natijada biz turli xil metabolik va genetik yo'llarning minglab nozik regulyatorlarini ko'ramiz. Ushbu ajoyib rasm molekulyar biologik tizimlarning ko'p qirrali va evolyutsion moslashuvini ko'rsatadi. Qisqa RNKlar yana bir bor tasdiqlaydiki, hujayra ichida "kichik narsalar" yo'q - faqat kichik molekulalar mavjud, ularning rolini biz endigina tushuna boshlaymiz.

(To'g'ri, bunday hayoliy murakkablik evolyutsiyaning "ko'r" ekanligini va oldindan tasdiqlangan "bosh reja"siz harakat qilishini ko'rsatadi;