Sự can thiệp RNA là gì? Thuật ngữ này dùng để chỉ một hệ thống kiểm soát hoạt động của các gen trong tế bào nhân thực. Quá trình tương tự xảy ra do các phân tử axit ribonucleic ngắn (không quá 25 nucleotit trên mỗi chuỗi).
Sự can thiệp RNA được đặc trưng bởi sự ức chế sau phiên mã biểu hiện gen thông qua sự phá hủy hoặc chết của mRNA.
Ý nghĩa
Nó được tìm thấy trong tế bào của nhiều sinh vật nhân chuẩn: nấm, thực vật, động vật.
Sự can thiệp củaRNA được coi là một cách quan trọng để bảo vệ tế bào khỏi virus. Cô ấy tham gia vào quá trình hình thành phôi thai.
Do tính chất chọn lọc và mạnh mẽ của tác dụng của axit ribonucleic đối với sự biểu hiện gen, nghiên cứu sinh học nghiêm túc có thể được thực hiện trên các sinh vật sống, các tế bào nuôi cấy.
Trước đây, can thiệp RNA có một tên gọi khác - ức chế. Sau khi nghiên cứu chi tiết về quá trình này, nhận giải Nobel Y học cho nghiên cứu về cơ chế xuất hiện của nó bởi Andrew Fire và Craig Melo, quá trình này đã được đổi tên.
Lịch sử
Sự can thiệp RNA là gì? Việc phát hiện ra nó là do quan sát sơ bộ nghiêm túc dưới ảnh hưởng củaức chế ARN antisense biểu hiện trong gen thực vật.
Một thời gian sau, các nhà khoa học Mỹ đã thu được kết quả đáng kinh ngạc khi đưa gen chuyển vào petunias. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng sửa đổi cây được phân tích theo cách để cho hoa có màu sắc bão hòa hơn. Để làm được điều này, họ đã đưa vào tế bào các bản sao bổ sung của gen cho enzyme chalcone synthase, chịu trách nhiệm hình thành sắc tố tím.
Nhưng kết quả của cuộc nghiên cứu hoàn toàn không thể đoán trước được. Thay vì màu sẫm như mong muốn của tràng hoa dạ yên thảo, hoa của loài cây này đã trở thành màu trắng. Sự suy giảm hoạt động của enzym tổng hợp chalcone được gọi là sự ức chế.
Điểm quan trọng
Các thí nghiệm sau đây cho thấy tác động lên quá trình ức chế biểu hiện gen sau phiên mã do sự gia tăng mức độ suy thoái mRNA.
Vào thời điểm đó, người ta biết rằng những thực vật biểu hiện các protein đặc biệt không dễ bị nhiễm virus. Thực nghiệm đã chứng minh rằng việc đạt được khả năng kháng thuốc như vậy bằng cách đưa một trình tự ngắn không mã hóa của RNA virut vào gen thực vật.
Sự can thiệp của RNA, cơ chế vẫn chưa được hiểu đầy đủ, được gọi là “sự im lặng của gen do vi rút gây ra.”
Các nhà sinh học bắt đầu gọi tổng các hiện tượng như vậy là sự ức chế biểu hiện gen sau phiên mã.
Andrew Fire và các đồng nghiệp của anh ấy đã cố gắng chứng minh mối liên hệ giữa một hiện tượng tương tự và sự ra đời của một bộ ngữ nghĩaRNA và antisense tạo thành RNA sợi đôi. Chính cô ấy đã được công nhận là lý do chính cho sự xuất hiện của quá trình được mô tả.
Đặc điểm của cơ chế phân tử
Protein Giardia gutis Dicer được xúc tác bằng cách cắt RNA sợi đôi để tạo ra các đoạn RNA can thiệp nhỏ. Miền RNAase có màu xanh lục, miền PAZ có màu vàng và chuỗi xoắn liên kết có màu xanh lam.
Ứng dụng của can thiệp RNA dựa trên con đường ngoại sinh và nội sinh.
Cơ chế đầu tiên dựa trên bộ gen của virus hoặc là kết quả của các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. RNA như vậy được cắt thành các đoạn nhỏ trong tế bào chất. Loại thứ hai được hình thành trong quá trình biểu hiện các gen riêng lẻ của một cơ thể sống, ví dụ, RNA tiền vi mô. Nó liên quan đến việc tạo ra các cấu trúc vòng gốc cụ thể trong nhân, hình thành mRNA tương tác với phức hợp RISC.
RNA can thiệp nhỏ
Chúng là những chuỗi bao gồm 20-25 nucleotide với phần nhô ra nucleotide ở đầu. Mỗi chuỗi có một gốc hydroxyl ở đầu 3 'và một nhóm photphat ở đầu 5'. Cấu trúc kiểu này được hình thành do tác động của enzym Dicer lên RNA có chứa kẹp tóc. Sau khi phân cắt, các mảnh vỡ trở thành một phần của phức chất xúc tác. Protein argonaut dần dần tháo xoắn RNA, góp phần chỉ để lại một sợi "dẫn đường" trong RISC. Nó cho phép phức hợp hiệu ứng tìm kiếm mRNA mục tiêu cụ thể. Khi tham giaSự suy thoái mRNA phức hợp siRNA-RISC xảy ra.
Những phân tử này lai với một loại mRNA đích, dẫn đến sự phân cắt của phân tử.
mRNA
Sự can thiệp của RNA và bảo vệ thực vật là những quá trình liên quan đến nhau.
mRNA bao gồm 21-22 nucleotide liên tiếp có nguồn gốc nội sinh, tham gia vào quá trình phát triển cá thể của sinh vật. Các gen của nó được phiên mã để tạo thành các bản phiên mã sơ cấp dài của bản sao pri-miRNA. Các cấu trúc này có dạng một vòng cuống, chiều dài của chúng bao gồm 70 nucleotide. Chúng chứa một loại enzyme có hoạt tính RNase, cũng như một protein có khả năng liên kết RNA sợi đôi. Hơn nữa, quá trình vận chuyển đến tế bào chất diễn ra, nơi RNA tạo thành trở thành chất nền cho enzyme Dicer. Quá trình xử lý có thể diễn ra theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào loại ô.
Đây là cách can thiệp RNA hoạt động. Ứng dụng của quy trình này vẫn chưa được khám phá đầy đủ.
Ví dụ: có thể thiết lập khả năng của một con đường xử lý mRNA khác, không phụ thuộc vào Diser. Trong trường hợp này, phân tử bị cắt bởi protein argonaut. Sự khác biệt giữa miRNA và siRNA là khả năng ức chế dịch mã với một số mRNA khác nhau có chứa trình tự axit amin tương tự.
Phức hợp hiệu ứng RISC
can thiệp RNA,các chức năng sinh học của nó cho phép giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến phức hợp protein, đảm bảo sự phân cắt của mRNA trong quá trình giao thoa. Phức hợp RISC thúc đẩy sự phân chia ATP thành nhiều đoạn.
Với sự trợ giúp của phân tích nhiễu xạ tia X, người ta đã xác định được rằng bằng phương pháp phức tạp như vậy, quá trình này được tăng tốc đáng kể. Phần xúc tác của nó được coi là các protein argonaut, được khu trú ở những vị trí nhất định trong tế bào chất. Các thể P như vậy đại diện cho các khu vực có mức độ suy thoái RNA đáng kể; chính trong đó hoạt động mRNA cao nhất đã được phát hiện. Sự phá hủy các phức hợp này đi kèm với việc giảm hiệu quả của quá trình can thiệp RNA.
Phương pháp ức chế phiên mã
Ngoài tác dụng ở mức ức chế dịch mã, ARN còn có tác động lên quá trình phiên mã gen. Một số sinh vật nhân thực sử dụng cách này để đảm bảo sự ổn định của cấu trúc bộ gen. Nhờ vào việc sửa đổi các histon, có thể làm giảm sự biểu hiện của gen ở một khu vực nhất định, vì một phần như vậy chuyển sang dạng dị nhiễm sắc.
Sự can thiệp của RNA và vai trò sinh học của nó là một vấn đề quan trọng đáng được nghiên cứu và phân tích nghiêm túc. Để tiến hành nghiên cứu, những phần của chuỗi chịu trách nhiệm về kiểu ghép nối sẽ được xem xét.
Ví dụ: đối với nấm men, quá trình ức chế phiên mã được thực hiện chính xác bởi phức hợp RISC, có chứa đoạn Chp1 với chromodomain, argonaut và một protein cóchức năng không xác định Tas3.
Để tạo ra các vùng dị nhiễm sắc, cần phải có enzyme Dicer, RNA polymerase. Sự phân chia của các gen như vậy dẫn đến vi phạm quá trình methyl hóa histone, dẫn đến sự phân chia tế bào chậm lại hoặc dừng hoàn toàn quá trình này.
chỉnh sửa RNA
Hình thức phổ biến nhất của quá trình này ở sinh vật nhân thực bậc cao là quá trình chuyển đổi adenosine thành inosine, xảy ra trong chuỗi kép của RNA. Để thực hiện sự biến đổi như vậy, enzyme adenosine deaminase được sử dụng.
Vào đầu thế kỷ XXI, một giả thuyết đã được đưa ra, theo đó, cơ chế can thiệp và chỉnh sửa RNA của phân tử được công nhận là quá trình cạnh tranh. Các nghiên cứu về động vật có vú cho thấy việc chỉnh sửa RNA có thể ngăn chặn sự im lặng của gen chuyển.
Sự khác biệt giữa các sinh vật
Nó nằm ở khả năng nhận biết RNA ngoại lai, áp dụng chúng trong quá trình can thiệp. Đối với thực vật, tác dụng này là toàn thân. Ngay cả trong trường hợp giới thiệu một chút RNA, một số gen nhất định sẽ bị triệt tiêu khắp cơ thể. Với hành động này, tín hiệu RNA sẽ được truyền giữa các tế bào khác. RNA polymerase tham gia vào quá trình khuếch đại của nó.
Giữa các sinh vật có sự khác biệt trong việc sử dụng các gen ngoại lai trong quá trình can thiệp RNA.
Ở thực vật, quá trình vận chuyển siRNA xảy ra thông qua các plasmodesmata. Sự kế thừa của các hiệu ứng RNA như vậy được đảm bảo bằng cách methyl hóa các chất xúc tiến của một số gen nhất định.
Sự khác biệt chính giữa cơ chế này vàthực vật là lý tưởng của sự bổ sung mRNA của chúng, cùng với phức hợp RISC, góp phần vào sự phân hủy hoàn toàn của phân tử này.
Chức năng sinh học
Hệ thống được đề cập là một thành phần quan trọng của phản ứng miễn dịch với các vật chất lạ. Ví dụ, thực vật có một số chất tương tự của protein Dicer, được sử dụng để chống lại nhiều sinh vật vi rút.
RNA có thể được coi là một cơ chế bảo vệ chống vi-rút có được từ thực vật được kích hoạt khắp cơ thể.
Mặc dù thực tế là protein Dicer được biểu hiện trong tế bào động vật ít hơn nhiều, chúng ta có thể nói về sự tham gia của RNA trong phản ứng kháng vi-rút.
Hiện tại, các phản ứng miễn dịch xảy ra trong cơ thể người và động vật đã được nghiên cứu một phần.
Các nhà sinh học tiếp tục nghiên cứu, cố gắng không chỉ để chứng minh cơ chế xuất hiện của chúng mà còn tìm cách tác động đến các tương tác miễn dịch. Trong trường hợp giải thích thành công tất cả các sắc thái của sự can thiệp của RNA, các nhà khoa học sẽ có thể kiểm soát các phản ứng sinh hóa này và tạo ra các cơ chế bảo vệ chống lại các dị vật.
