Élettudományok és föld - Hogyan lehet elhallgattatni egy gént
Hogyan lehet elhallgattatni egy gént. RNS interferencia
A molekuláris biológia egyik legfrissebb felfedezése, hogy az RNS-ek képesek szabályozni a génexpressziót. Éveken át két fő feladatot kaptak:
- A Messenger RNS-ek (mRNS-ek) elengedhetetlen egyszálú (egyszálú) köztitermékek a genetikai információt hordozó DNS és a fehérjék között, amelyek ezt az információt kifejezik.
- A riboszomális (rRNS) és a transzfer (tRNS) RNS-ek szerkezetükből adódóan ennek a fehérjeszintézisnek a "dekóderei" és katalizátorai vannak. (lásd az általános ábrát)
Ez a kép kissé bonyolulttá vált, amikor a tudósok felfedezték az RNAi-t (RNS-interferencia), vagy azt, hogy hogyan gátolja a génexpressziót egy kétszálú (kétszálú) RNS-molekula. Azóta az RNAi forradalmi kísérleti eszközzé vált a gének szerepének megértésében. A genom korábbi védekező mechanizmusa részt vesz a transzkripció (az mRNS szintézise a DNS-ből) és a transzláció blokkolásában (az mRNS peptiddé történő "olvasása").
Felfedezés
Az RNSi mechanizmusa egyszerű technikai elven alapszik: a kettős szálú RNS (kettős szál vagy dsRNS) több példányának a Cænorhabditis elegans féregbe történő befecskendezésével blokkoljuk annak a génnek a működését, amelynek szekvenciája kiegészíti ezt a dsRNS-t. Mint sok nagy felfedezés, úgy az RNAi is váratlan kísérleti eredményen alapul.
Az 1980-as évek végén és az 1990-es évek elején a petúniával foglalkozó növényfiziológusok meglepődve tapasztalták, hogy a sötét lila színt kódoló gén több példányának bevezetése messze nem növeli a virágok színét, és a fehér foltok megjelenését okozza. szirmok. Egyelőre ismeretlen módon a bevezetett gének (transzgének) nemcsak némává váltak, hanem blokkolták a gazdanövény saját génjeit is. Ugyanezt az eredményt kaptuk, amikor a növényeket genetikailag módosított vírussal fertőztük meg, hogy csak a gén fragmentumait tartalmazzuk.
Ezeket az eredményeket csak Fire és Mello 1998-ban megjelent munkájának publikálásáig értették meg: az RNS-vírusok a dsRNS-ek beavatkozása révén szaporítják genetikai anyagukat, és a transzgének számos példánya szintén a dsRNS képződését okozza. Az RNAi-jelenség tehát egy ősi sejtszintű védekező mechanizmus, amely már jóval a férgektől a növényekig terjedő eltérés előtt megjelent, és ez megakadályozza a "deviáns" genetikai anyag vagy vírus eredetű anarchikusan szaporodás lehetőségét, amely általában nincs jelen a sejtben.
Hogyan működik ?
Az egyik első megfigyelés, amely segített megérteni az RNSi mechanizmusát, az, hogy azok a növények, amelyek génjeit elhallgattatják, 20-25 nukleotidból álló kicsi RNS-eket termelnek, amelyek kiegészítik a blokkolt géneket. Ezek az RNS-ek, amelyek kisebbek, mint az mRNS-ek és a riboszomális RNS-ek, sokáig nem voltak kimutathatók.
Az RNSi-t in vitro állítottuk elő Drosophila sejtkivonatokból. Először is, a hosszú dsRNS-ek kisebb, specifikus szerkezetű RNS-ekre fragmentálódnak: 21 lánc két nukleotidból áll, amelyekből 19 kettős szálú, és 2 nukleotid a végén nem párosodik. Ezeket a kis töredékeket "rövid interferáló RNS-nek" vagy siRNS-nek nevezték el; még mesterségesen szintetizálva is képesek elhallgattatni a géneket. Az enzimet, amely a dsRNS-eket siRNS-be vágja, DICER-nek hívják. Ez az RNSses III család endonukleáza, amely specifikus a dsRNS-ekre.
A kapott RNS-fragmensek ezután komplexet alkotnak a RISC nevű fehérjékkel, itt eltávolítják az "sense" siRNS-ek szálait, hasonlóan a célgénéihez, így az "antiszensz" szálak maradnak, amelyek komplementerek. Ezek egy fehérje komplexet vezetnek a gén által termelt mRNS-hez, és elpusztítják. Így a gént átírják, de nem fordítják le, ezért látszólagos elhallgatása.
Ez magyarázza a petúniákban végzett transzgenesis kísérletek kudarcát. A transzgén mindkét szála átírható (egyetlen szál helyett, mint egy normál gén), mRNS helyett dsRNS-t termelve. Ezt aztán több siRNS-re vágják, amelyek blokkolják az érdekes gént. Minél több kópia van a génből, annál inkább "elnémítja" a sejt !
Az RNAi nem minden organizmus esetében működik így. Például egy RNS-függő RNS-polimeráz is beavatkozhat: az siRNS antiszensz szálát használja primerként több dsRNS szintetizálásához, a mechanizmus felerősítésével. A növényekben ez a jelenség a nem szaporodó (szomatikus) szöveteken keresztül terjed, a dsRNS sejtről sejtre történő átvitelével, kiterjesztve a vírusfertőzésekkel szembeni ellenállást. Ilyen mechanizmus nem valószínű Drosophilában vagy gerincesekben, mivel a kérdéses polimerázt nem találták bennük.
Mi az értelme ?
A kis interferáló RNS-ek vagy siRNS-ek szerepet játszhatnak az átültethető elemek, az ismétlődő gének (beleértve a transzgéneket is) és a vírusok elleni küzdelemben.
A transzpozonok, azok a huncut "ugró gének", amelyeknek az a sajnálatos szokásuk, hogy parazitálják a DNS-t azzal, hogy önmagukat másolják, hogy bárhová elférjenek, az emberek genetikai szekvenciáinak majdnem felét teszik ki. Elhallgattatásuk elengedhetetlen a genom stabilitása szempontjából! Az RNAi-ban részt vevő mutált génekkel rendelkező férgek nem képesek blokkolni a csíraszövet bizonyos transzpozonjait (a reproduktív sejtek eredete). A növényeknél is ugyanaz.
Ez a mechanizmus szabályozhatja bizonyos szövetekben a génexpresszió szintjét is. Például Drosophilában a transzgén kópiáinak mennyisége megváltoztathatja az eredményt: bizonyos számú kópia erősen kifejezi az érdeklődő gént, de egy határkoncentrációtól annak expressziója éppen ellenkezőleg, csökken. Olyan fehérjék vesznek részt, amelyek "beburkolják" a DNS-t; szerkezetüket úgy módosítják, hogy megállítsák az átírást. Élesztőben ez az átültethető elemeken megfigyelt folyamat furcsa módon a szomszédos régiókra is kiterjed.
RNSi: siRNS vagy miRNS . (lásd a diagramot)