Elävässä solussa informaatiovirta ytimen ja sytoplasman välillä ei koskaan kuivu, mutta sen kaikkien "käänteiden" ymmärtäminen ja siihen koodatun tiedon purkaminen on todella titaanista tehtävää. Yksi viime vuosisadan tärkeimmistä läpimurroista biologiassa voidaan pitää informaatio- (tai templaatti-) RNA-molekyylien (mRNA tai mRNA) löytämistä, jotka toimivat välittäjinä, jotka kuljettavat informaation "viestejä" ytimestä (kromosomeista) sytoplasma. RNA:n ratkaiseva rooli proteiinisynteesissä ennustettiin jo vuonna 1939 Thorbjorn Kasperssonin työssä. Torbjorn Caspersson), Jean Brachet ( Jean Brachet) ja Jack Schultz ( Jack Schultz) ja vuonna 1971 George Marbeis ( George Marbaix) laukaisi hemoglobiinin synteesin sammakon munasoluissa injektoimalla ensimmäisen tätä proteiinia koodaavan kanin lähetti-RNA:n.
Vuosina 1956–1957 Neuvostoliitossa A. N. Belozersky ja A. S. Spirin todistivat itsenäisesti mRNA:n olemassaolon ja huomasivat myös, että suurin osa solun RNA:sta ei ole suinkaan matriisia, vaan ribosomaalista RNA:ta(rRNA). Ribosomaalinen RNA - solu-RNA:n toinen "päätyyppi" - muodostaa ribosomien "rungon" ja toiminnallisen keskuksen kaikissa organismeissa; rRNA (eikä proteiinit) säätelee proteiinisynteesin päävaiheita. Samalla kuvattiin ja tutkittiin kolmatta "pää"tyyppiä RNA:ta - siirto-RNA:ta (tRNA), joka yhdessä kahden muun - mRNA:n ja rRNA:n - kanssa muodostaa yhden proteiinia syntetisoivan kompleksin. Melko suositun "RNA-maailman" hypoteesin mukaan juuri tämä nukleiinihappo oli elämän alkuperä maapallolla.
Koska RNA on paljon hydrofiilisempi DNA:han verrattuna (johtuen deoksiriboosin korvautumisesta riboosilla), se on labiilimpi ja voi liikkua suhteellisen vapaasti solussa ja siten toimittaa lyhytikäisiä geneettisen tiedon jäljennöksiä (mRNA). paikkaan, jossa proteiinisynteesi tapahtuu. On kuitenkin syytä huomata tähän liittyvä "hankaluus" - RNA on erittäin epävakaa. Se varastoituu paljon huonommin kuin DNA (jopa solun sisällä) ja hajoaa pienimmässäkin olosuhteiden muutoksessa (lämpötila, pH). "Oman" epävakauden lisäksi suuri osuus kuuluu ribonukleaaseille (tai RNaaseille) - RNA:ta pilkkovien entsyymien luokka, erittäin stabiili ja "yleinen" - jopa kokeen tekijän käsien iho sisältää riittävän määrän näitä entsyymejä läpäisemään ulos koko kokeesta. Tästä johtuen RNA:n kanssa työskentely on paljon vaikeampaa kuin proteiinien tai DNA:n kanssa – jälkimmäistä voidaan yleensä varastoida satoja tuhansia vuosia vähäisin tai ilman vaurioita.
Upea tarkkuus työn aikana, tridistilaatti, steriilit käsineet, kertakäyttöiset laboratoriolasit - kaikki tämä on välttämätöntä RNA:n hajoamisen estämiseksi, mutta tällaisten standardien noudattaminen ei aina ollut mahdollista. Siksi RNA:n lyhyet "fragmentit", jotka väistämättä saastuttivat liuoksia, jätettiin pitkään huomiotta. Ajan mittaan kuitenkin kävi selväksi, että huolimatta kaikista yrityksistä säilyttää työalueen steriiliys, "roskia" havaittiin luonnollisesti edelleen, ja sitten kävi ilmi, että sytoplasmassa on aina tuhansia lyhyitä kaksijuosteisia RNA:ita. jotka suorittavat melko spesifisiä tehtäviä ja ovat ehdottoman välttämättömiä normaalille kehitykselle.solut ja organismit.
RNA-interferenssin periaate
Farmaseutit ovat myös kiinnostuneet mahdollisuudesta käyttää siRNA:ta, sillä kyky säädellä yksittäisten geenien toimintaa lupaa ennennäkemättömiä näkymiä monien sairauksien hoidossa. Toiminnan pieni koko ja korkea spesifisyys lupaavat siRNA-pohjaisten lääkkeiden korkean tehokkuuden ja alhaisen toksisuuden; kuitenkin ratkaise ongelma toimitus siRNA:n siirtäminen sairaisiin soluihin kehossa ei ole vielä onnistunut - syynä tähän on näiden molekyylien hauraus ja hauraus. Ja vaikka nyt kymmenet tiimit yrittävät löytää tavan ohjata nämä "takaluodit" tarkasti kohteeseen (sairaiden elinten sisällä), he eivät ole vielä saavuttaneet näkyvää menestystä. Lisäksi on muita vaikeuksia. Esimerkiksi antiviraalisen hoidon tapauksessa siRNA-toiminnan korkea selektiivisyys voi olla karhunpalvelus - koska virukset mutatoituvat nopeasti, modifioitu kanta menettää hyvin nopeasti herkkyytensä hoidon alussa valitulle siRNA:lle: tiedetään, että vain yhden korvaaminen siRNA:ssa oleva nukleotidi johtaa häiriövaikutuksen merkittävään vähenemiseen.
Tässä vaiheessa on syytä muistaa vielä kerran - siRNA:ita löydettiin vain kasveissa, selkärangattomissa ja yksisoluisissa; Vaikka proteiinien homologeja RNA-häiriötä varten (Dicer, RISC-kompleksi) on myös korkeammissa eläimissä, siRNA:ita ei ole havaittu tavanomaisilla menetelmillä. Mikä yllätys se olikaan, kun keinotekoisesti otettu käyttöön Synteettiset siRNA-analogit tuottivat voimakkaan spesifisen annoksesta riippuvan vaikutuksen nisäkässoluviljelmissä! Tämä tarkoitti, että selkärankaisten soluissa RNA-häiriötä ei korvattu monimutkaisemmilla immuunijärjestelmillä, vaan se kehittyi organismien mukana muuttuen joksikin "edistyneemmäksi". Tästä johtuen nisäkkäissä ei tarvinnut etsiä siRNA:iden tarkkoja analogeja, vaan niiden evoluutionaarisia seuraajia.
Pelaaja #2 - miRNA
Todellakin, evoluutionaalisesti melko ikivanhan RNA-interferenssimekanismin perusteella kehittyneemmät organismit ovat kehittäneet kaksi erikoistunutta järjestelmää geenien työn ohjaamiseksi, joista jokainen käyttää omaa pienten RNA:iden ryhmäään - miRNA(mikroRNA) ja piRNA(piRNA, Piwin kanssa vuorovaikuttava RNA). Molemmat järjestelmät ilmestyivät sienissä ja koelenteraateissa ja kehittyivät yhdessä niiden kanssa syrjäyttäen siRNA:n ja "paljaan" RNA:n häiriömekanismin. Niiden rooli immuniteetin tuottamisessa on vähenemässä, koska tämän toiminnon ovat ottaneet haltuunsa kehittyneemmät soluimmuniteetin mekanismit, erityisesti interferonijärjestelmä. Tämä järjestelmä on kuitenkin niin herkkä, että se toimii myös itse siRNA:ssa: pienten kaksijuosteisten RNA:iden ilmaantuminen nisäkässoluun laukaisee "hälytyssignaalin" (aktivoi interferonin erittymistä ja aiheuttaa interferonista riippuvien geenien ilmentymistä, mikä estää kaikki käännösprosessit kokonaan). Tässä suhteessa korkeampien eläinten RNA-interferenssimekanismia välittävät pääasiassa mikroRNA ja piRNA, yksijuosteiset molekyylit, joilla on spesifinen rakenne ja joita interferonijärjestelmä ei havaitse.
Kun genomi muuttui monimutkaisemmaksi, miRNA: t ja piRNA: t osallistuivat yhä enemmän transkription ja translaation säätelyyn. Ajan myötä niistä kehittyi ylimääräinen, tarkka ja hienovarainen genomin säätelyjärjestelmä. Toisin kuin siRNA:t, mikroRNA:ita ja piRNA:ita (löydettiin vuonna 2001, katso laatikko 3) ei tuoteta vieraista kaksijuosteisista RNA-molekyyleistä, vaan ne koodataan alun perin isännän genomiin.
Tapaa mikroRNA
RNA-polymeraasi II transkriptoi mikroRNA:n prekursorin molemmista genomisen DNA:n juosteista, jolloin saadaan välimuoto, pri-miRNA, joka sisältää tavanomaisen mRNA:n piirteitä - m 7 G-cap ja polyA häntä. Tämä esiaste muodostaa silmukan, jossa on kaksi yksijuosteista "häntä" ja useita parittomia nukleotideja keskellä (kuva 3). Tällainen silmukka käy läpi kaksivaiheisen prosessoinnin (kuva 4): ensin Drosha-endonukleaasi leikkaa yksijuosteisen RNA:n "hännät" hiusneulasta, minkä jälkeen leikattu hiusneula (pre-mikroRNA) viedään sytoplasmaan, jossa sen tunnistaa Dicer, joka tekee kaksi leikkausta lisää (kaksisäikeinen alue leikataan pois). , merkitty värillä kuvassa 3). Tässä muodossa kypsä miRNA, samoin kuin siRNA, sisältyy RISC-kompleksiin.
Kuva 3. Kaksijuosteisen mikroRNA-prekursorimolekyylin rakenne. Pääominaisuudet: konservoituneiden sekvenssien läsnäolo, jotka muodostavat hiusneulan; komplementaarisen kopion (mikroRNA*) läsnäolo, jossa on kaksi "ylimääräistä" nukleotidia 3'-päässä; spesifinen sekvenssi (2–8 bp), joka muodostaa endonukleaasien tunnistuskohdan. Itse mikroRNA on korostettu punaisella - juuri sen Dicer leikkaa pois.
Monien mikroRNA:iden vaikutusmekanismi on samanlainen kuin siRNA:iden: lyhyt (21–25 nukleotidia) yksijuosteinen RNA RISC-proteiinikompleksissa sitoutuu erittäin spesifisesti komplementaariseen kohtaan kohde-mRNA:n 3'-transloitumattomalla alueella. . Sitoutuminen johtaa mRNA:n pilkkoutumiseen Ago-proteiinin vaikutuksesta. MikroRNA:iden aktiivisuus (verrattuna siRNA:ihin) on kuitenkin jo erilaistuneempaa - jos komplementaarisuus ei ole absoluuttinen, kohde-mRNA ei välttämättä hajoa, vaan se vain estyy reversiibelisti (translaatiota ei tapahdu). Samaa RISC-kompleksia voi myös käyttää keinotekoisesti otettu käyttöön siRNA. Tämä selittää, miksi siRNA:t, jotka on valmistettu analogisesti alkueläinten kanssa, ovat aktiivisia myös nisäkkäissä.
Siten voimme täydentää havainnollistamista RNA-interferenssin vaikutusmekanismista korkeammissa (kahdenvälisesti symmetrisissä) organismeissa yhdistämällä yhteen kuvioon mikroRNA:iden ja bioteknisesti lisättyjen siRNA:iden toimintakaavio (kuvio 5).
Kuva 5. Yleinen kaavio keinotekoisten miRNA:iden ja siRNA:iden vaikutuksesta(keinotekoiset siRNA:t viedään soluun käyttämällä erikoistuneita plasmideja - kohdistuva siRNA-vektori).
MiRNA:n toiminnot
MiRNA:iden fysiologiset toiminnot ovat erittäin monipuolisia; itse asiassa ne toimivat ontogenian tärkeimpinä ei-proteiinisäätelijöinä. miRNA:t eivät kumoa, vaan täydentävät "klassista" geenisäätelyjärjestelmää (induktorit, suppressorit, kromatiinin tiivistys jne.). Lisäksi itse mikroRNA:iden synteesiä säädellään monimutkaisella tavalla (interferonit, interleukiinit, tuumorinekroositekijä α (TNF-α) ja monet muut sytokiinit voivat käynnistää tietyt mikroRNA:iden poolit). Tuloksena syntyy monitasoinen verkosto tuhansien geenien "orkesterin" perustamiseksi, joka on hämmästyttävä monimutkaisuudessaan ja joustavuudessaan, mutta tämä ei ole asian loppu.
mikroRNA:t ovat "universaalimpia" kuin siRNA:t: "ward"-geenien ei tarvitse olla 100 % komplementaarisia - säätely tapahtuu myös osittaisella vuorovaikutuksella. Nykyään yksi molekyylibiologian kuumimmista aiheista on mikroRNA:iden etsiminen, jotka toimivat vaihtoehtoisina tunnettujen fysiologisten prosessien säätelijöinä. Esimerkiksi miRNA:ita, jotka osallistuvat solusyklin ja apoptoosin säätelyyn kasveissa, Drosophilassa ja sukkulamadoissa, on jo kuvattu; ihmisillä miRNA:t säätelevät immuunijärjestelmää ja hematopoieettisten kantasolujen kehitystä. Biosiruihin perustuvien teknologioiden käyttö (mikro-array-seulonta) on osoittanut, että kokonaisia pienten RNA:iden pooleja kytketään päälle ja pois solujen elämän eri vaiheissa. Biologisia prosesseja varten on tunnistettu kymmeniä spesifisiä mikroRNA:ita, joiden ilmentymistaso muuttuu tietyissä olosuhteissa tuhansia kertoja, mikä korostaa näiden prosessien poikkeuksellista hallittavuutta.
Viime aikoihin asti uskottiin, että mikroRNA:t vain tukahduttavat - kokonaan tai osittain - geenien työn. Äskettäin kuitenkin kävi ilmi, että miRNA:iden toiminta voi vaihdella radikaalisti riippuen solun tilasta! Aktiivisesti jakautuvassa solussa miRNA sitoutuu komplementaariseen sekvenssiin mRNA:n 3'-kohdassa ja estää proteiinisynteesiä (translaatiota). Kuitenkin lepo- tai stressitilassa (esimerkiksi huonolla alustalla kasvatettaessa) sama tapahtuma johtaa päinvastaiseen vaikutukseen - kohdeproteiinin synteesin lisääntymiseen!
MiRNA:n evoluutio
MikroRNA-lajikkeiden lukumäärää korkeammissa organismeissa ei ole vielä täysin varmistettu - joidenkin tietojen mukaan se ylittää 1% proteiinia koodaavien geenien lukumäärästä (esimerkiksi ihmisillä puhutaan 700 mikroRNA:sta, ja tämä luku on jatkuvasti kasvaa). mikroRNA:t säätelevät noin 30 %:n geeneistä aktiivisuutta (monien kohteet eivät ole vielä tiedossa), ja molekyylejä on sekä kaikkialla että kudosspesifisiä - esimerkiksi yksi tällainen tärkeä mikroRNA:iden pooli säätelee veren kantasolujen kypsymistä. .
Laaja ilmentymisprofiili eri organismien eri kudoksissa ja miRNA:iden biologinen runsaus viittaavat evoluutionaalisesti muinaiseen alkuperään. Ensimmäistä kertaa miRNA:ita löydettiin sukkulamadoista, ja pitkään uskottiin, että nämä molekyylit esiintyvät vain sienissä ja koelenteraateissa; kuitenkin myöhemmin niitä löydettiin myös yksisoluisista levistä. Mielenkiintoista on, että kun organismit monimutkaistuvat, myös mikroRNA-poolin määrä ja heterogeenisyys lisääntyvät. Tämä osoittaa epäsuorasti, että näiden organismien monimutkaisuus johtuu erityisesti miRNA:iden toiminnasta. MiRNA:n mahdollinen kehitys on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6. MiRNA:iden monimuotoisuus eri organismeissa. Mitä korkeampi organismin organisaatio on, sitä enemmän miRNA:ita siitä löytyy (luku suluissa). Lajit on merkitty punaisella, jossa yksittäinen miRNA.
SiRNA:n ja mikroRNA:n välille voidaan vetää selkeä evoluutiosuhde seuraavien tosiseikkojen perusteella:
- molempien lajien toiminta on vaihdettavissa ja homologisten proteiinien välittämä;
- siRNA:t, jotka viedään nisäkässoluihin, spesifisesti "sammuttavat" tarvittavat geenit (huolimatta interferonisuojan jostain aktivoinnista);
- miRNA:ita löytyy yhä enemmän muinaisista organismeista.
Nämä ja muut tiedot viittaavat molempien järjestelmien alkuperään yhteisestä "esi-isästä". On myös mielenkiintoista huomata, että "RNA"-immuniteetti proteiinivasta-aineiden itsenäisenä esiasteena vahvistaa teorian ensimmäisten elämänmuotojen alkuperästä, joka perustuu RNA:han, ei proteiineihin (muistakaa, että tämä on akateemikko A. S. Spirinin suosikkiteoria).
Mitä pidemmälle, sitä hämmentävämpää. Pelaaja #3 - piRNA
Vaikka molekyylibiologian areenalla oli vain kaksi "pelaajaa" - siRNA ja mikroRNA - RNA-häiriön pää"tarkoitus" vaikutti täysin selvältä. Todellakin: sarja homologisia lyhyitä RNA:ita ja proteiineja eri organismeissa suorittaa samanlaisia toimia; kun organismit monimutkaistuvat, myös niiden toiminnallisuus muuttuu.
Evoluutioprosessissa luonto loi kuitenkin toisen, evoluutionaalisesti uusimman ja pitkälle erikoistuneen järjestelmän, joka perustuu samaan onnistuneeseen RNA-interferenssiperiaatteeseen. Puhumme piRNA:sta (piRNA, alkaen Piwi-vuorovaikutus-RNA).
Mitä monimutkaisempi genomi on organisoitu, sitä kehittyneempi ja mukautuneempi organismi (tai päinvastoin? ;-). Genomin monimutkaisuuden lisääntymisellä on kuitenkin varjopuolensa: monimutkainen geneettinen järjestelmä muodostuu epävakaa. Tämä johtaa siihen, että tarvitaan mekanismeja, jotka ovat vastuussa genomin eheyden ylläpitämisestä - muuten DNA:n spontaani "sekoittuminen" yksinkertaisesti poistaa sen käytöstä. liikkuvat geneettiset elementit ( SHP) - yksi tärkeimmistä genomin epävakauden tekijöistä - ovat lyhyitä epävakaita alueita, jotka voidaan transkriptoida autonomisesti ja kulkeutua genomin läpi. Tällaisten siirrettävien elementtien aktivoituminen johtaa useisiin DNA-katkoihin kromosomeissa, jotka ovat täynnä tappavia seurauksia.
MGE:iden määrä kasvaa epälineaarisesti genomin koon mukaan, ja niiden aktiivisuutta on valvottava. Tätä varten eläimet, jotka alkavat jo coelenteraateista, käyttävät samaa RNA-interferenssiilmiötä. Tätä toimintoa suorittavat myös lyhyet RNA:t, eivät kuitenkaan ne, joista on jo keskusteltu, vaan niiden kolmas tyyppi, piRNA: t.
piRNA:n "muotokuva".
piRNA toimii
PiRNA:n päätehtävä on MGE-aktiivisuuden suppressio transkription ja translaation tasolla. Uskotaan, että piRNA:t ovat aktiivisia vain alkion synnyn aikana, jolloin genomin arvaamaton sekoitus on erityisen vaarallista ja voi johtaa alkion kuolemaan. Tämä on loogista - kun immuunijärjestelmä ei ole vielä toiminut, alkion solut tarvitsevat yksinkertaista mutta tehokasta suojaa. Istukka (tai munankuori) suojaa alkiota luotettavasti ulkoisilta taudinaiheuttajilta. Mutta tämän lisäksi tarvitaan puolustusta myös endogeenisiltä (sisäisiltä) viruksilta, ensisijaisesti MGE:ltä.
Tämä piRNA:n rooli on vahvistettu kokemuksella - Ago3-, Piwi- tai Aub-geenien "poisto" tai mutaatiot johtavat vakaviin kehityshäiriöihin (ja mutaatioiden määrän voimakkaaseen lisääntymiseen tällaisen organismin genomissa) ja aiheuttavat myös sukusolujen kehittymisen heikkenemisestä johtuva hedelmättömyys.
PiRNA:n leviäminen ja evoluutio
Ensimmäiset piRNA:t löytyvät jo merivuokoista ja sienistä. Kasvit ilmeisesti menivät toiseen suuntaan - Piwi-proteiineja ei löytynyt niistä, ja Ago4-endonukleaasi ja siRNA suorittavat transposonien "kuonon" roolin.
Korkeammilla eläimillä, mukaan lukien ihmisillä, piRNA-järjestelmä on erittäin hyvin kehittynyt, mutta se löytyy vain alkiosoluista ja lapsivesien endoteelistä. Miksi piRNA:n jakautuminen kehossa on niin rajallinen, jää nähtäväksi. Voidaan olettaa, että kuten mikä tahansa voimakas ase, piRNA on hyödyllinen vain hyvin erityisissä olosuhteissa (sikiön kehityksen aikana), ja aikuisella organismilla niiden aktiivisuudesta on enemmän haittaa kuin hyötyä. Silti piRNA:iden määrä on suuruusluokkaa suurempi kuin tunnettujen proteiinien lukumäärä, ja piRNA:iden epäspesifisiä vaikutuksia kypsiin soluihin on vaikea ennustaa.
| siRNA | miRNA | piRNA | |
|---|---|---|---|
| Leviäminen | Kasveja, Drosophila, C.elegans. Ei löydy selkärankaisista | eukaryootit | Eläinten alkiosolut (alkaen coelenteraateista). Ei alkueläimissä ja kasveissa |
| Pituus | 21-22 nukleotidia | 19-25 nukleotidia | 24-30 nukleotidia |
| Rakenne | Kaksijuosteinen, 19 komplementaarista nukleotidia ja kaksi paritonta nukleotidia 3'-päässä | Yksijuosteinen monimutkainen rakenne | Yksisäikeinen monimutkainen rakenne. U 5'-päässä, 2'- O-metyloitu 3′-pää |
| Käsittely | Dicer-riippuvainen | Dicer-riippuvainen | Diceristä riippumaton |
| Endonukleaasit | Ago2 | Ago1, Ago2 | Ago3, Piwi, Aub |
| Toiminta | Komplementaaristen mRNA:iden hajoaminen, genomisen DNA:n asetylaatio | Kohde-mRNA:n translaation hajoaminen tai esto | MGE:tä koodaavan mRNA:n hajoaminen, MGE-transkription säätely |
| Biologinen rooli | Antiviraalinen immuunipuolustus, omien geenien toiminnan tukahduttaminen | Geenitoiminnan säätely | MGE-aktiivisuuden tukahduttaminen alkion synnyn aikana |
Johtopäätös
Lopuksi haluaisin antaa taulukon, joka havainnollistaa RNA-interferenssiin osallistuvan proteiinilaitteiston kehitystä (kuvio 9). Voidaan nähdä, että alkueläimillä on kehittynein siRNA-järjestelmä (proteiiniperheet Ago, Dicer), ja organismien komplikoituessa painopiste siirtyy erikoistuneempiin järjestelmiin - proteiinien isoformien lukumäärä mikroRNA:lle (Drosha, Pasha) ja piRNA ( Piwi, Hen1) kasvaa. Samalla siRNA:n toimintaa välittävien entsyymien monimuotoisuus vähenee.
Kuva 9. Erilaisia proteiineja, jotka osallistuvat RNA-häiriöihin(luvut osoittavat proteiinien lukumäärän kussakin ryhmässä). sinisenä siRNA:lle ja mikroRNA:lle ominaiset elementit korostetaan ja punainen-proteiini ja liittyy piRNA:han.
Yksinkertaisimmat organismit alkoivat käyttää RNA-interferenssiilmiötä. Tämän mekanismin perusteella luonto loi immuunijärjestelmän prototyypin, ja kun organismit monimutkaistuvat, RNA-interferenssistä tulee välttämätön genomitoiminnan säätelijä. Kaksi erilaista mekanismia plus kolmenlaisia lyhyitä RNA:ita ( cm.-välilehti. 1) - seurauksena näemme tuhansia erilaisten metabolisten ja geneettisten reittien hienovaraisia säätelijöitä. Tämä silmiinpistävä kuva havainnollistaa molekyylibiologisten järjestelmien monipuolisuutta ja evolutiivista sopeutumista. Lyhyet RNA:t todistavat jälleen, että solun sisällä ei ole "pieniä asioita" - on vain pieniä molekyylejä, joiden roolin täyttä merkitystä olemme vasta alkamassa ymmärtää.
(Totta, tällainen fantastinen monimutkaisuus puhuu pikemminkin siitä, että evoluutio on "sokea" ja toimii ilman ennalta hyväksyttyä "yleissuunnitelmaa"»;
OLEN. Deichman, S. V. Zinovjev, A. Yu Baryshnikov
Geeniekspressio JA PIENI RNA ONKOLOGIASSA
GU RONTS im. N.N.Blokhina RAMS, Moskova
YHTEENVETO
Artikkelissa esitellään useimpia solun ja kehon elintoimintoja ohjaavien pienten RNA:iden roolia ja niiden mahdollista yhteyttä erityisesti onkogeneesiin ja muihin (myös hypoteettisiin) solunsisäisiin genomisen ilmentymisen mekanismeihin.
Avainsanat Avainsanat: pienet RNA:t, RNA-häiriö (RNAi), kaksijuosteinen RNA (lncRNA), RNA-muokkaus, onkogeneesi.
OLEN. Deichman, S. V. Zinovjev, A. Yu. Baryshnikov.
Geenien ilmentyminen ja pienet RNA:t ONKOLOGIASSA
N.N. Blokhin Venäjän syöväntutkimuskeskus RAMS, Moskovaow
ABSTRAKTI
Paperissa esitetään pienten RNA:iden rooli, joka valvoo solun ja organismin enemmistöelintoimintoja ja niiden mahdollista yhteyttä erityisesti onkogeneesiin ja muihin (myös hypoteettisiin) solunsisäisiin genomin ilmentymismekanismeihin.
avainsanoja: Pienet RNA:t, interferenssi-RNA:t (RNAi), kaksijuosteiset RNA:t (dsRNA:t), RNA:n muokkaus, tuumorigeneesi.
Johdanto
Yksittäisten geenien ja kokonaisten eukaryoottisten genomien ilmentymistä, mukaan lukien prosessointi, erilaiset transkriptiotyypit, silmukointi, uudelleenjärjestelyt, RNA-muokkaus, rekombinaatiot, translaatio, RNA-häiriöt, säätelevät jotkut proteiinit (säätely-, rakenne-, homeoottisten geenien tuotteet, transkriptiotekijät) , liikkuvat elementit, RNA ja matalan molekyylipainon efektorit. Prosessoivia RNA:ita ovat rRNA, tRNA, mRNA, jotkin säätely-RNA:t ja pienet RNA:t.
Tähän mennessä tiedetään, että pienet RNA:t eivät koodaa proteiineja, usein niitä on satoja per genomi, ja ne osallistuvat erilaisten eukaryoottisten geenien (somaattisten, immuuni-, ituradan, kantasolujen) ilmentymisen säätelyyn. Hallinnassa ovat erilaistumisprosessit (hematopoeesi, angiogeneesi, adipogeneesi, myogeneesi, neurogeneesi), morfogeneesi (mukaan lukien alkion vaiheet, kehitys/kasvu, fysiologinen säätely), proliferaatio, apoptoosi, karsinogeneesi, mutageneesi, immunogeneesi, ikääntyminen (elinajan pidentäminen), epigeneettinen hiljentäminen; metabolisen säätelyn tapauksia (esim. glykosfingolipidit) on havaittu. Laajempi luokka 20-300/500 nukleotidin koodaamattomia RNA:ita ja niiden RNP:itä ei löydetty vain ytimestä/tumasta/sytoplasmasta, vaan myös DNA:ta sisältävistä soluorganelleista (eläinten mitokondrioista; kasveista, mikro-RNA:ista ja sekvensseistä pieni RNA).
V.N.:n hallinnointia ja sääntelyä varten. prosesseissa on tärkeää: 1. että pienikokoiset luonnolliset/keinotekoiset RNA:t (pienet RNA:t, tRNA:t jne.) ja niiden kompleksit proteiinien kanssa (RNP:t) pystyvät kuljettamaan solujen ja mitokondrioiden kautta kalvoa; 2. että mitokondrioiden romahtamisen jälkeen osa niiden sisällöstä, RNA ja RNP, voi päätyä sytoplasmaan ja tumaan. Listatuilla pienten RNA:iden (RNP:iden) ominaisuuksilla, joiden toiminnallisesti merkittävä rooli tutkimusprosessissa vain kasvaa, on ilmeisesti yhteys vireystekijään syövän ja muiden geneettisten sairauksien suhteen. Samalla tuli selväksi kromatiinin epigenomien modifikaatioiden suuri merkitys kasvainten kehittymisessä. Käsittelemme vain hyvin rajoitetun määrän tapauksia monista vastaavista tapauksista.
Pieni RNA
Pienten RNA:iden vaikutusmekanismi on niiden kyky sitoutua lähes komplementaarisesti kohde-mRNA:iden 3'-transloitumattomiin alueisiin (3'-UTR:t) (jotka joskus sisältävät DNA/RNA:ta transposoivia MIR/LINE-2-elementtejä sekä konservoituneita Alu-toistoja ). Komplikaatio on kuitenkin se, että solujen lisäksi on olemassa myös viruksen koodaamia pieniä RNA:ita (herpes, SV40 jne.; esimerkiksi EBV sisältää 23 ja KSHV - 12 miRNA:ta), jotka ovat vuorovaikutuksessa viruksen transkriptien kanssa. sekä virus että isäntä. Pelkästään yli 5000 solun/viruksen miRNA:ta tunnetaan 58 lajista. RNAi aloittaa joko hajoamisen (RISC-kompleksin, RNA-indusoidun vaimennuskompleksin osallistuessa) jatkuvan heliksi-lncRNA:n (kaksijuosteisen RNA-mRNA:n jne.) nukleaasihaavoittuviin fragmentteihin tai itsepäisesti kiertyneen lncRNA:n osittaisen palautuvan eston translaation aikana. mRNA-kohteet. Kypsät pienet RNA:t (~15-28 nukleotidia) muodostuvat sytoplasmassa niiden eripituisista esiasteista (kymmeniä ja satoja nukleotideja) prosessoimalla tumassa. Lisäksi pienet RNA:t ovat mukana kromatiinin vaimentavan rakenteen muodostumisessa, yksittäisten geenien transkription säätelyssä, transposoniekspression suppressiossa ja heterokromatiinin pidennettyjen osien toiminnallisen rakenteen ylläpitämisessä.
Pieniä RNA:ita on useita päätyyppejä. MikroRNA:t (miRNA:t) ja pienet häiritsevät RNA:t (siRNA:t) ovat parhaiten tutkittuja. Lisäksi pienistä RNA:ista tutkitaan: ituradan soluissa aktiiviset piRNA:t; pienet häiritsevät RNA:t, jotka liittyvät endogeenisiin retrotransposoneihin ja toistuviin elementteihin (paikallisella/globaalilla heterokromatisaatiolla - alkion alkuvaiheista alkaen; telomeerien tason ylläpitäminen), Drosophia rasiRNA:t; usein proteiinigeenien intronien koodaama ja toiminnallisesti tärkeä translaatiossa, transkriptiossa, silmukoitumisessa (de-/metylaatio, nukleiinihappojen pseudouridylaatio) pienissä tuma- (snRNA:t) ja nukleolaarisissa (snoRNA:t) RNA:issa; komplementaarinen DNA:ta sitoville NRSE-(Neuron Restrictive Silenser Element) -motiiveille pienille moduloiville RNA:ille, smRNA:ille, joilla on vähän tunnettuja toimintoja; transaktivoivat kasvin pienet häiritsevät RNA:t, tasiRNA:t; lyhyet hiusneula-RNA:t, shRNA:t, jotka tarjoavat pitkän aikavälin RNAi:n (pysyvä geenin hiljentäminen) pitkille lncRNA-rakenteille antiviraalisessa vasteessa eläimillä.
Pienet RNA:t (miRNA:t, siRNA:t jne.) ovat vuorovaikutuksessa ytimen/sytoplasman äskettäin syntetisoitujen transkriptien kanssa (säätelevät silmukointia, mRNA:n translaatiota; rRNA:n metylaatio/pseudouridylaatio jne.) ja kromatiinin (jakautumisen ajallisesti paikallinen ja epigeneettisesti periytyvä heterokromatinoituminen) kanssa sukusolut). Etenkin heterokromatinisaatioon liittyy DNA:n de-/metylaatio, samoin kuin histonien metylaatio, asetylaatio, fosforylaatio ja ubikvitinaatio ("histonikoodin" modifikaatio).
Ensimmäisenä pienistä RNA:ista löydettiin ja tutkittiin sukkulamato Caenorhabditis elegans (lin-4) miRNA:t, niiden ominaisuudet ja geenit, ja hieman myöhemmin Arabidopsis thaliana -kasvin miRNA:t. Tällä hetkellä ne liittyvät monisoluisiin organismeihin, vaikka ne näkyvät yksisoluisissa Chlamydomonas reinhardtii-levissä ja RNAi:n kaltaisissa hiljennyspoluissa, liittyen antiviraaliseen / vastaavaan suojaukseen, johon liittyy ns. psiRNA:ista keskustellaan prokaryoottien osalta. Monien eukaryoottien (mukaan lukien Drosophilan ja ihmisten) genomit sisältävät useita satoja miRNA-geenejä. Nämä vaihe-/kudosspesifiset geenit (sekä niitä vastaavat kohde-mRNA-alueet) ovat usein erittäin homologisia fylogeneettisesti kaukaisissa lajeissa, mutta osa niistä on sukulinjaspesifisiä. miRNA:t sisältyvät eksoneihin (proteiinia koodaavat, RNA-geenit), introniin (useimmiten pre-mRNA), geenien välisiin välikappaleisiin (mukaan lukien toistot), niiden pituus on jopa 70-120 nukleotidia (tai enemmän) ja ne muodostavat silmukan/varren hiusneulan. rakenteet. Niiden geenien määrittämiseen ei käytetä vain biokemiallisia ja geneettisiä, vaan myös tietokonemenetelmiä.
Kypsien miRNA:iden "työalueen" tyypillisin pituus on 21-22 nukleotidia. Nämä ovat ehkä lukuisimmat ei-proteiinia koodaavista geeneistä. Ne voidaan järjestää erillisiksi kopioiksi (useammin) tai klustereiksi, jotka sisältävät monia samanlaisia tai erilaisia miRNA-geenejä, jotka on transkriptoitu (ei harvoin autonomisista promoottoreista) pidemmäksi prekursoriksi, prosessoimalla useissa vaiheissa yksittäisiksi miRNA:iksi. Oletetaan, että on olemassa säätelevä miRNA-verkko, joka ohjaa monia perustavanlaatuisia biologisia prosesseja (mukaan lukien onkogeneesi/metastaasi); luultavasti vähintään 30 % ihmisen ilmennetyistä geeneistä on miRNA:iden säätelemiä.
Tämä prosessi sisältää lncRNA-spesifiset RNaasi III:n kaltaiset entsyymit Drosha (nukleaarinen ribonukleaasi; käynnistää intronin esi-miRNA:iden prosessoinnin päätranskriptin silmukoinnin jälkeen) ja Dicer, joka toimii sytoplasmassa ja pilkkoo/hajoaa vastaavasti hiusneulan esi- miRNA:t (kypsät miRNA:t). ) ja myöhemmin hybridi-miRNA:t/mRNA-rakenteet. Pienet RNA:t yhdessä useiden proteiinien kanssa (mukaan lukien h.p. RNaasit, AGO-perheen proteiinit, transmetylaasit/asetylaasit jne.) ja mukana ns. RISC:n ja RITS:n kaltaiset kompleksit (toinen indusoi transkription hiljentymistä) pystyvät vastaavasti indusoimaan RNAi:n/hajoamisen ja sitä seuraavan geenin hiljentymisen RNA- (ennen translaation/translaation aikana) ja DNA- (heterokromatiinin transkription aikana) tasoilla.
Jokainen miRNA mahdollisesti pariutuu useiden kohteiden kanssa, ja jokaista kohdetta kontrolloi joukko miRNA:ita (samanlainen kuin gRNA-välitteinen pre-mRNA-muokkaus trypanosomikinetoplasteissa). In vitro -analyysi osoitti, että miRNA:iden säätely (samoin kuin RNA:n muokkaus) on keskeinen transkriptionaalinen geeniekspression modulaattori. Samanlaiset miRNA:t, jotka kilpailevat samasta kohteesta, ovat mahdollisia RNA-RNA- ja RNA-proteiinivuorovaikutusten transsäätelijöitä.
Eläimillä miRNA:t tutkitaan parhaiten Caenorhabditis Elegans -sukkulamadon suhteen; yli 112 geeniä on kuvattu. Täältä on myös löydetty tuhansia endogeenisiä siRNA:ita (geenejä ei ole, ne liittyvät erityisesti spermatogeneesivälitteisiin transkripteihin ja transposoneihin). Molempia pieniä monisoluisia RNA:ita voidaan tuottaa RNA-polymeraaseilla, jotka osoittavat aktiivisuutta (ei homologiaa) RdRP-II:n (kuten useimpien muiden RNA:iden) ja RdRP-III-tyyppien kanssa. Kypsät pienet RNA:t ovat koostumukseltaan (mukaan lukien terminaaliset 5'-fosfaatit ja 3'-OH), pituudeltaan (tyypillisesti 21-22 nukleotidiä) ja toiminnaltaan samanlaisia, ja ne voivat kilpailla samasta kohteesta. Kuitenkin RNA:n hajoaminen, vaikka kohde on täysin komplementaarinen, liittyy useammin siRNA:ihin; translaatiorepressio, jossa on osittainen, tavallisesti 5-6 nukleotidia, komplementaarisuus miRNA:iden kanssa; ja prekursorit ovat vastaavasti ekso-/endogeenisiä (satoja/tuhansia nukleotideja) siRNA:ille ja tavallisesti endogeenisiä (kymmeniä/satoja nukleotideja) miRNA:ille, ja niiden biogeneesi on erilainen; joissakin järjestelmissä nämä erot ovat kuitenkin palautuvia.
siRNA:iden ja miRNA:iden välittämällä RNAi:lla on useita luonnollisia rooleja: geeniekspression säätelystä ja heterokromatiinista genomin suojaamiseen transposoneja ja viruksia vastaan; mutta siRNA:t ja jotkut miRNA:t eivät ole konservoituneita lajien välillä. Kasveilla (Arabidopsis thaliana) on: siRNA:t, jotka vastaavat sekä geenejä että intergeenisiä (mukaan lukien välikappaleet, toistot) alueita; valtava määrä potentiaalisia genomikohtia erityyppisille pienille RNA:ille. Nematodeilla on myös ns. vaihtelevat autonomisesti ilmentyvät 21U-RNA:t (dasRNA:t); niissä on 5"-Y-monofosfaattia, ne muodostavat 21 nukleotidia (20 niistä on vaihtelevia) ja sijaitsevat proteiinia koodaavien geenien intronien välissä tai sisällä yli 5700 kohdassa kromosomin IV kahdella alueella.
MiRNA:illa on tärkeä rooli geenien ilmentymisessä terveydessä ja sairaudessa; ihmisellä on vähintään 450-500 tällaista geeniä. Sitoutumalla tavallisesti mRNA:n 3"-UTR-alueisiin (muihin kohteisiin), ne voivat selektiivisesti ja kvantitatiivisesti (erityisesti poistettaessa vähän ilmentyneiden geenien tuotteita verenkierrosta) estää joidenkin geenien työn ja muiden geenien toiminnan. Kävi ilmi, että ilmentyneiden mikro-RNA:iden profiilisarjat (ja niiden kohteet) muuttuvat dynaamisesti ontogeneesin, solujen ja kudosten erilaistumisen aikana. Nämä muutokset ovat spesifisiä erityisesti kardiogeneesin aikana, prosessissa optimoidaan kudosten pituuden kokoa. dendriitit ja hermosolun synapsien lukumäärä (jossa mukana miRNA-134, muut pienet RNA:t), monien patologioiden kehittyminen (onkogeneesi, immuunipuutokset, geneettiset sairaudet, parkinsonismi, Alzheimerin tauti, silmäsairaudet (retinoblastooma jne.) liittyvät eri luonteisiin infektioihin) Havaittujen miRNA:iden kokonaismäärä kasvaa paljon nopeammin kuin kuvataan niiden säätelyroolia ja yhteyttä tiettyihin kohteisiin.
Tietokoneanalyysi ennustaa satoja kohde-mRNA:ita yksittäisille miRNA:ille ja yksittäisten mRNA:iden säätelyä useiden miRNA:iden avulla. Siten miRNA:t voivat palvella kohdegeenitranskriptien eliminointia tai niiden ilmentymisen hienosäätöä transkription/translaatiotasoilla. Teoreettiset pohdinnat ja kokeelliset tulokset tukevat miRNA:iden eri rooleja.
Katsauksessa näkyy kattavampi luettelo näkökohdista, jotka liittyvät pienten RNA:iden perustavanlaatuiseen rooliin eukaryooteissa kasvu-/kehitysprosesseissa ja joissakin patologioissa (mukaan lukien syövän epigenomiikka).
Pienet RNA:t onkologiassa
Kasvainten kasvu-, kehitys-, etenemis- ja etäpesäkkeisiin liittyy monia epigeneettisiä muutoksia, jotka kehittyvät harvinaisemmiksi, pysyvästi periytyneiksi geneettisiksi muutoksiksi. Harvinaisilla mutaatioilla voi kuitenkin olla paljon painoa (tietylle yksilölle, nosologia), koska. yksittäisten geenien (esim. APC, K-ras, p53) suhteen ns. "suppilo"-vaikutus, joka liittyy onkologisten sairauksien lähes peruuttamattomaan kehittymiseen/seurauksiin. Kasvainspesifinen eri geenien (proteiinit, RNA, pieni RNA) ilmentymisprofiilin suhteen progenitorisolujen heterogeenisyys johtuu uudelleenjärjestäytyneiden epigenomien rakenteiden kytkeytyneistä variaatioista. Epigenomia moduloidaan metylaatiolla, translaation jälkeisillä histonimodifikaatioilla/-substituutioilla (ei-kanonisilla), geenien/kromatiinin nukleosomaalisen rakenteen uudelleenmuotoilulla (mukaan lukien genominen imprinting, eli vanhempien geenien alleelien ja X-kromosomien ilmentymishäiriöt ). Kaikki tämä, ja pienten RNA:iden säätelemien RNAi:iden osallistuminen, johtaa viallisten heterokromaattisten (mukaan lukien hypometyloitujen sentromeeristen) rakenteiden ilmaantumiseen.
Geenispesifisten mutaatioiden muodostumista voi edeltää satojen tuhansien somaattisten kloonimutaatioiden tunnettu kerääntyminen ei-koodaavan (harvoin koodaavan) alueen yksinkertaisiin toistoihin tai mikrosatelliitteihin, ainakin kasvaimissa, joissa on mikr(MMP) ; ne muodostavat merkittävän osan kolorektaalisista sekä keuhko-, maha-, endometriumin jne. syövistä. Epävakaat mono-/heteronukleotidi-mikrosatelliittitoistot (poly-A6-10, samankaltaiset) löytyvät monta kertaa useammin säätelyn ei-koodaamisesta geenit, jotka säätelevät geenien ilmentymistä (intronit, intergeeniset) kuin mikrosatelliitti-epästabiilien, MSI+-kasvainten genomin koodaavilla (eksonit) alueilla. Vaikka MS-stabiilien/epästabiilien alueiden esiintymis- ja lokalisointimekanismien luonne ei ole täysin selvä, MS-epävakauden muodostuminen korreloi monien geenien mutaatioiden esiintymistiheydellä, jotka eivät mutatoituneet aikaisemmin MSI+-kasvaimissa ja luultavasti kanavoivat niiden etenemistä; lisäksi MSI-toistojen mutaationopeus näissä kasvaimissa kasvoi yli kahdella suuruusluokalla. Kaikista geeneistä ei ole analysoitu toistojen esiintymistä, mutta niiden mutaatioaste koodaavilla/ei-koodaavilla alueilla on erilainen ja mutaatioiden esiintymistiheyden määritysmenetelmien tarkkuus on suhteellista. On tärkeää, että ei-koodaavat alueet MSI-muutetuille toistoille ovat usein kaksialleelisia, kun taas koodaavat alueet ovat monoalleelisia.
Kasvainten metylaation globaali väheneminen on ominaista toistoille, transposoituville elementeille (ME:t; niiden transkriptio lisääntyy), promoottorille, kasvainsuppressori-miRNA-geenien CpG-kohdille ja korreloi kehittyneiden syöpäsolujen retrotransposonien hypertranskription kanssa. Normaalisti "metylomi"-vaihtelut liittyvät vanhempien/vaiheen/kudosspesifisten "metylaatioaaltojen" ja heterokromatiinin sentromeeristen satelliittialueiden voimakkaaseen metylaatioon, jota säätelevät pienet RNA:t. Kun satelliitit alimetyloituvat, muodostunut kromosomien epävakaus seuraa rekombinaation lisääntymistä, ja TE-metylaation rikkominen voi laukaista niiden ilmentymisen. Nämä tekijät edistävät kasvaimen fenotyypin kehittymistä. Pieni RNA-hoito voi olla erittäin spesifistä, mutta sitä tulisi kontrolloida, koska Kohteet voivat olla paitsi yksittäisiä, myös monia mRNA/RNA-molekyylejä ja vasta syntetisoitua RNA:ta eri kromosomien alueiden (mukaan lukien ei-koodaavia geenien välisiä toistoja) alueilla.
Suurin osa ihmisen genomista koostuu toistoista ja TE:istä. Retrotransposoni L1 (LINE-elementti) sisältää, kuten endogeeniset retrovirukset, reversetaasia (RTase) ja endonukleaasia ja pystyy mahdollisesti kuljettamaan ei-autonomisia (Alu, SVA jne.) retroelementtejä; L1/samankaltaisten elementtien vaimeneminen tapahtuu metylaation seurauksena CpG-kohdissa. Huomaa, että genomin CpG-kohdista geenipromoottorien CpG-saarekkeet ovat heikosti metyloituneita ja 5-metyylisytosiini itsessään on mahdollisesti mutageeninen emäs, joka deaminoituu tymiiniksi (kemiallisesti tai RNA/(DNA)-muokkaus, DNA. korjaus); Jotkut CpG-saaret ovat kuitenkin alttiina liialliselle poikkeavalle metylaatiolle, johon liittyy suppressorigeenin repressio ja syövän kehittyminen. Seuraavaksi: L1:n koodaama RNA:ta sitova proteiini, joka on vuorovaikutuksessa proteiinien AGO2 (Argo-naute-perheen) ja FMRP:n (fragile henkinen jälkeenjääneisyys, efektori-RISC-kompleksiproteiini) kanssa, edistää L1-elementin liikettä - mikä viittaa mahdolliseen keskinäiseen säätelyyn järjestelmät RNAi ja ihmisen LINE-elementtien retropositiot. Erityisesti on tärkeää, että Alu-toistot pystyvät siirtymään geenien intron/eksoni-avaruuden alueelle.
Nämä ja vastaavat mekanismit voivat parantaa kasvainsolun genomin patologista plastisuutta. RNAi-mekanismilla tapahtuvaan RTaasin suppressioon (jota L1-elementit koodaavat endonukleaasin tapaan; endogeeniset retrovirukset koodaavat myös RTaasia) seurasi proliferaation väheneminen ja erilaistumisen lisääntyminen useissa syöpäsolulinjoissa. Kun L1-elementti vietiin proto-onkogeeniin tai suppressorigeeniin, havaittiin DNA:n kaksoisjuostekatkoja. Ituradan kudoksissa (hiiret/ihminen) L1:n ilmentymistaso on kohonnut ja sen metylaatio riippuu piRNA:ihin (26-30 bp) liittyvästä vaimennusjärjestelmästä, jossa PIWI-proteiinit ovat muunnelmia suuresta Argo-perheestä. -naute proteiinit, mutaatiot, joissa johtavat L1/samankaltaisten elementtien demetylaatioon/derepressioon pitkillä terminaalisilla toistoilla. RasiRNA:iden vaimennusreitit liittyvät PIWI-proteiineihin enemmän kuin Dicer-1/2- ja Ago-proteiineihin. PiRNA:iden/siRNA:iden välittämät vaimennusreitit toteutuvat ytimen sisäisten kappaleiden kautta, jotka sisältävät suuria evoluutionaalisesti konservoituneita moniproteiini-PcG-komplekseja, joiden toiminnot ovat usein heikentyneet kasvainsoluissa. Nämä kompleksit ovat vastuussa pitkän kantaman toiminnasta (yli 10 kb, kromosomien välillä) ja säätelevät kehon suunnittelusta vastuussa olevaa HOX-geenien ryhmää.
Uusia antisense-terapian periaatteita voidaan kehittää ottamalla huomioon tieto erittäin spesifisistä (kuin histonia modifioivista DNA/proteiinimetylaation estäjät) antituumoriperäisistä epigenomisista aineista, epigenomisen RNA:n vaimentamisen perusperiaatteet ja pienten RNA:iden rooli karsinogeneesissä.
Mikro-RNA onkologiassa
Tiedetään, että kasvaimen kasvun ja etäpesäkkeiden lisääntymiseen voi liittyä joidenkin lisääntyminen ja muiden yksilöiden/miRNA-sarjojen ilmentymisen väheneminen (taulukko 1). Joillakin niistä voi olla aiheuttava rooli onkogeneesissä; ja jopa samoilla miRNA:illa (kuten miR-21/-24) eri kasvainsoluissa voi olla sekä onkogeenisiä että suppressiivisia ominaisuuksia. Jokainen ihmisen pahanlaatuisten kasvainten tyyppi on selvästi erotettavissa sen "miRNA-jäljestä", ja jotkin miRNA:t voivat toimia onkogeeneinä, kasvainsuppressoreina, solumigraatioiden, invaasion, etäpesäkkeiden käynnistäjinä. Patologisesti muuttuneissa kudoksissa havaitaan usein pienempi määrä keskeisiä miRNA:ita, jotka todennäköisesti sisältyvät syövän vastaisiin puolustusjärjestelmiin. Onkogeneesiin osallistuvat miRNA:t (miR:t) ovat muodostaneet käsityksen ns. "oncomirax": yli 200 miRNA:n ilmentymisen analyysi yli 1000 lymfooman ja kiinteiden syöpien näytteestä on onnistuneesti luokitellut kasvaimet alatyyppeihin niiden alkuperän ja erilaistumisvaiheen mukaan. MiRNA:iden toimintoja ja roolia tutkitaan menestyksekkäästi käyttämällä: anti-miR-oligonukleotideja, jotka on modifioitu (iän pidentämiseksi) 2'-O-metyyli- ja 2'-O-metoksietyyliryhmissä; sekä LNA-oligonukleotidit, joissa riboosin happiatomit asemissa 2 "ja 4" on yhdistetty metyleenisillalla.
(Pöytä 1)……………….
Kasvain | miRNA:t |
Keuhkojen syöpä | 17-92 , anna-7↓ , 124a↓ , 126 ↓ , 143 ↓ , 145 ↓ , 155 , 191 , 205 , 210 |
Maitosyöpä | 21 , 125b↓ , 145 ↓ , 155 |
Eturauhassyöpä | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 21 , 143 ↓ ,145 ↓ |
suolen syöpä | 19a , 21 , 143 ↓ , 145 ↓ |
Haimasyöpä | 21 , 103 , 107 , 155 v |
munasarjasyöpä | 210 |
Krooninen lymfaattinen leukemia | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 16-2 , 23 b , 24-1 , 29 ↓ , 146 , 155 , 195 , 221 , 223 ↓ |
pöytä 1 .
miRNA:t, joiden ilmentyminen lisääntyy () tai vähenee ( ↓ ) joissakin normaaleihin kudoksiin verrattuna yleisimmissä kasvaimissa (katso myös ).
Uskotaan, että miRNA-geenien ilmentymisen, katoamisen ja monistumisen säätelyrooli useimpien kasvainten alkaessa, kasvussa ja etenemisessä on merkittävä, ja mutaatiot miRNA/mRNA-kohdepareissa ovat synkronoituja. MiRNA:iden ilmentymisprofiilia voidaan käyttää luokitteluun, diagnoosiin ja kliiniseen ennusteeseen onkologiassa. Muutokset miRNA:iden ilmentymisessä voivat vaikuttaa solusykliin, solun eloonjäämisohjelmaan. MiRNA:iden mutaatiot kanta- ja somaattisissa soluissa (sekä polymorfisten kohde-mRNA-varianttien valinta) voivat myötävaikuttaa monien (ellei kaikkien) pahanlaatuisten kasvainten kasvuun, etenemiseen ja patofysiologiaan tai jopa niillä. MiRNA:iden avulla apoptoosin korjaus on mahdollista.
Yksittäisten miRNA:iden lisäksi löydettiin niiden klustereita, jotka toimivat onkogeeninä, joka provosoi erityisesti hematopoieettisen kudossyövän kehittymistä koehiirissä; Onkogeenisiä ja suppressorisia ominaisuuksia omaavat miRNA-geenit voivat sijaita samassa klusterissa. MiRNA:iden ilmentymisprofiilien klusterianalyysi kasvaimissa mahdollistaa sen alkuperän (epiteeli, hematopoieettinen kudos jne.) määrittämisen ja saman kudoksen eri kasvainten luokittelun, joilla on epäidenttiset transformaatiomekanismit. miRNA:iden ilmentymisen profilointi voidaan suorittaa käyttämällä nano-/mikrosiruja; Tällaisen luokituksen tarkkuus teknologiaa kehitettäessä (mikä ei ole helppoa) osoittautuu korkeammaksi kuin mRNA-profiileja käytettäessä. Jotkut miRNA:ista osallistuvat hematopoieettisten solujen (hiiri, ihminen) erilaistumiseen, mikä käynnistää syöpäsolujen etenemisen. Ihmisen miRNA-geenit sijaitsevat usein ns. "hauraat" kohdat, alueet, joilla on vallitseva deleetiot/insertiot, pistekatkot, translokaatiot, transpositiot, minimaalisesti poistettavat ja monistetut heterokromatiinialueet, jotka osallistuvat onkogeneesiin.
Angiogeneesi . MiRNA:iden rooli angiogeneesissä on todennäköisesti merkittävä. Angiogeneesin lisääntymiseen joissakin Myc-aktivoiduissa ihmisen adenokarsinoomissa liittyi muutos joidenkin miRNA:iden ilmentymiskuviossa, kun taas muiden miRNA:iden geenien tuhoutuminen johti kasvaimen kasvun heikkenemiseen ja tukahduttamiseen. Kasvaimen kasvuun liittyi mutaatioita K-ras-, Myc- ja TP53-geeneissä, lisääntynyt angiogeenisen VEGF-tekijän tuotanto ja Myc:hen liittyvä vaskularisaatioaste; kun taas antiangiogeeniset tekijät Tsp1 ja CTGF tukahdutettiin miR-17-92:lla ja muilla klusteriin liittyvillä miRNA:illa. Kasvaimen angiogeneesi ja vaskularisaatio tehostivat (erityisesti koolonosyyteissä), kun kaksi onkogeeniä ilmeni yhdessä enemmän kuin yksi.
Antiangiogeenisen tekijän LATS2, eläimen sykliiniriippuvaisen kinaasin (CDK2; ihminen/hiiri) inhibiittori, neutralointi miRNAs-372/373:lla ("potentiaaliset onkogeenit") stimuloi kiveskasvaimen kasvua vahingoittamatta p53-geeniä.
Mahdollisia angiogeenisten ominaisuuksien modulaattoreita (in-vitro/in-vivo) ovat miR-221/222, jonka kohteet, c-Kit-reseptorit (muut), ovat napanuoran endoteelilaskimon HUVEC-solujen angiogeneesitekijöitä jne. Nämä miRNA:t ja c- Kit toimivat vuorovaikutuksessa osana monimutkaista sykliä, joka ohjaa endoteelisolujen kykyä muodostaa uusia kapillaareja.
Krooninen lymfaattinen leukemia (CLL). B-solujen kroonisessa lymfosyyttisessä leukemiassa (CLL) miR-15a/miR-16-1-geenien (ja muiden) ilmentymistaso on alentunut ihmisen kromosomin 13q14-alueella, joka on yleisin rakenteellinen alue. poikkeavuuksia (mukaan lukien 30 kb:n alueen deleetiot), vaikka genomi ilmensi satoja kypsiä ja esi-ihmisen miRNA:ita. Molemmat miRNA:t, jotka ovat potentiaalisesti tehokkaita kasvainhoidossa, sisälsivät anti-apoptoottisen Bcl2-proteiinin antisense-alueita, tukahduttivat sen yli-ilmentymistä, stimuloivat apoptoosia, mutta olivat lähes/täysin poissa kahdesta kolmasosasta haja-CLL-soluista. Sekvensoitujen miRNA:iden toistuvia mutaatioita kanta-/somaattisissa soluissa tunnistettiin 11:llä 75 potilaasta (14,7 %), joilla oli suvussa taipumus CLL:lle (perinnöintitapa tuntematon), mutta ei 160 terveellä potilaalla. Nämä havainnot herättävät ehdotuksen miRNA:iden suorasta toiminnasta leukemogeneesissä. Tällä hetkellä kaikkea ei tiedetä miRNA-geenien ilmentymistasojen (ja niiden toimintojen) ja muiden geenien välisestä suhteesta normaaleissa/kasvainsoluissa.
AsiakirjaMerkityksellisyys. Kasvohermon toiminnan häiriintyminen korvasylkirauhasen leikkauksen aikana on yksi kiireellisistä ongelmista, ja sen määrää sekä taudin esiintyvyys että merkittävä esiintymistiheys.
Dawson Church - nero geeneissäsi epigeneettinen lääketiede ja uusi tarkoituksen biologia www e - puzzle ru kirjaston kirja www e - palapeli ru kirjasto sisällysluettelo
KirjaEtiikka henkisyys onkologia hiv p garyaev* a enfi yhteenveto
AsiakirjaTämä artikkeli heijastelee uutta näkemystä onkologian ja HIV-infektion ongelmasta Linguistic-Wave Geneticsin (LVG) ja Essence Coding Theory (ESC) valossa venäläisten ja muiden sosiokulttuuristen realiteettien pohjalta.
Onkologian tutkimuskeskus ja Anastasia Sergeevna Odintsova uudet kemoterapia-ohjelmat edenneen ja uusiutuvan kohdunkaulan syövän hoitoon 14 01 12 – onkologia
Väitöskirja4.4 Uridinglukoronyylitransferaasi-isoentsyymigeenin (UGT1A1) määritys kohdunkaulansyöpäpotilaiden, jotka saivat ensilinjan kemoterapiaa irinotekaania platinajohdannaisten kanssa 105, veren seerumissa
Pienet hiusneula-RNA:t tai lyhyet hiusneula-RNA:t (shRNA lyhyt hiusneula-RNA, pieni hiusneula-RNA) ovat lyhyitä RNA-molekyylejä, jotka muodostavat tiheitä hiusneuloja sekundaarirakenteessa. ShRNA:ta voidaan käyttää ilmaisemaan pois päältä ... ... Wikipedia
RNA-polymeraasi- replikaatioprosessissa olevasta T. aquaticus -solusta. Jotkut entsyymin elementit tehdään läpinäkyviksi ja RNA- ja DNA-ketjut näkyvät selkeämmin. Magnesiumioni (keltainen) sijaitsee entsyymin aktiivisessa kohdassa. RNA-polymeraasi on entsyymi, joka suorittaa ... ... Wikipedia
RNA:n häiriö- Pienten hiusneula-RNA:iden toimittaminen lentivirusvektorin avulla ja RNA-häiriön mekanismi nisäkässoluissa RNA-häiriö (... Wikipedia
RNA geeni Ei-koodaavat RNA:t (ncRNA) ovat RNA-molekyylejä, jotka eivät transloitu proteiineihin. Aiemmin käytetty synonyymi, pieni RNA (smRNA, pieni RNA), ei ole tällä hetkellä käytössä, koska jotkut ei-koodaavat RNA:t voivat olla hyvin ... ... Wikipedia
Pieni ydin-RNA- (snRNA, snRNA) luokka RNA:ita, joita löytyy eukaryoottisolujen ytimestä. Ne transkriptoivat RNA-polymeraasi II:n tai RNA-polymeraasi III:n toimesta ja ovat mukana tärkeissä prosesseissa, kuten silmukointi (intronien poistaminen epäkypsästä mRNA:sta), säätely ... Wikipedia
Pienet nukleolaariset RNA:t- (snoRNA, snoRNA) pienten RNA:iden luokka, joka osallistuu ribosomaalisten RNA:iden sekä tRNA:iden ja pienten tuman RNA:iden kemiallisiin modifikaatioihin (metylaatio ja pseudouridylaatio). MeSH-luokituksen mukaan pieniä nukleolaarisia RNA:ita pidetään alaryhmänä ... ... Wikipedia
pieni ydin (pienimolekyylipainoinen ydin) RNA- Laaja ryhmä (105 106) pieniä tuma-RNA:ita (100 300 nukleotidia), jotka liittyvät heterogeeniseen tuman RNA:han, ovat osa ytimen pieniä ribonukleoproteiinirakeita; M.n.RNA ovat välttämätön osa silmukointijärjestelmää ... ...
pienet sytoplasmiset RNA:t- Pienet (100-300 nukleotidia) RNA-molekyylit sijaitsevat sytoplasmassa, samanlaisia kuin pieni tuma-RNA. [Arefiev V.A., Lisovenko L.A. Englanti venäjän geneettisten termien selittävä sanakirja 1995 407s.] Aiheet genetiikka FI scyrpssmall sytoplasmic ... ... Teknisen kääntäjän käsikirja
pieni ydin-RNA-luokka U- Ryhmä proteiineihin liittyviä pieniä (60 - 400 nukleotidia) RNA-molekyylejä, jotka muodostavat merkittävän osan silmukoinnin sisällöstä ja ovat mukana intronien leikkaamisessa; neljässä viidestä hyvin tutkitusta Usn RNA:n U1, U2, U4 ja U5 tyypistä 5 ... ... Teknisen kääntäjän käsikirja
RNA:n biomarkkerit- * RNA-biomarkkerit * RNA-biomarkkerit ovat valtava määrä ihmisen transkriptejä, jotka eivät koodaa proteiinisynteesiä (nsbRNA tai npcRNA). Useimmissa tapauksissa pienet (miRNA, snoRNA) ja pitkät (antisense-RNA, dsRNA jne.) RNA-molekyylit ovat ... ... Genetiikka. tietosanakirja
Kirjat
- Osta hintaan 1877 UAH (vain Ukraina)
- Kliininen genetiikka. Oppikirja (+CD), Bochkov Nikolai Pavlovich, Puzyrev Valeri Pavlovich, Smirnikhina Svetlana Anatolyevna. Kaikki luvut on tarkistettu ja täydennetty lääketieteen ja -käytännön kehityksen yhteydessä. Luvut monitekijäsairauksista, ennaltaehkäisystä, perinnöllisten sairauksien hoidosta,…
Tiedemiehet uskovat, että pienten RNA:iden virheellinen ilmentyminen on yksi syy useisiin sairauksiin, jotka vaikuttavat vakavasti monien ihmisten terveyteen ympäri maailmaa. Tällaisia sairauksia ovat sydän- ja verisuonitaudit 23 ja onkologiset 24 . Jälkimmäisen osalta tämä ei ole yllättävää: syöpä osoittaa poikkeavuuksia solujen kehityksessä ja niiden kohtalossa, ja pienillä RNA:illa on ratkaiseva rooli vastaavissa prosesseissa. Tässä on yksi merkittävimmistä esimerkeistä pienten RNA:iden valtavasta vaikutuksesta kehoon syövän hoidossa. Puhumme pahanlaatuisesta kasvaimesta, jolle on ominaista niiden geenien virheellinen ilmentyminen, jotka toimivat organismin alkukehityksen aikana, eivät synnytyksen jälkeisellä kaudella. Tämä on eräänlainen lapsuuden aivokasvain, joka ilmaantuu yleensä ennen kahden vuoden ikää. Valitettavasti tämä on erittäin aggressiivinen syövän muoto, ja ennuste täällä on epäsuotuisa jopa intensiivisellä hoidolla. Onkologinen prosessi kehittyy aivosolujen geneettisen materiaalin virheellisen uudelleenjakautumisen seurauksena. Promoottori, joka normaalisti aiheuttaa yhden proteiinia koodaavan geenin voimakkaan ilmentymisen, käy läpi rekombinaation tietyn pienten RNA:iden klusterin kanssa. Sitten koko tämä uudelleenjärjestynyt alue monistuu: toisin sanoen siitä syntyy monia kopioita genomiin. Tämän seurauksena pienet RNA:t, jotka sijaitsevat "alavirtaan" kuin siirretty promoottori, ekspressoituvat paljon enemmän kuin niiden pitäisi. Aktiivisten pienten RNA:iden pitoisuus on noin 150-1000 kertaa normaalia korkeampi.
Riisi. 18.3. Alkoholilla aktivoidut pienet RNA:t voivat sitoutua lähetti-RNA:ihin, jotka eivät vaikuta kehon vastustuskykyyn alkoholia vastaan. Mutta nämä pienet RNA:t eivät sitoudu lähetti-RNA-molekyyleihin, jotka edistävät tällaista vastustuskykyä. Tämä johtaa alkoholiresistenssiin liittyvien proteiinien muunnelmia koodaavien lähetti-RNA-molekyylien suhteelliseen vallitsevaan osuuteen.
Tämä klusteri koodaa yli 40 erilaista pientä RNA:ta. Itse asiassa tämä on yleensä suurin kädellisillä olevista klusteista. Se ilmenee yleensä vasta ihmisen kehityksen varhaisessa vaiheessa, alkion ensimmäisten 8 viikon aikana. Sen voimakas aktivaatio vauvan aivoissa johtaa katastrofaaliseen vaikutukseen geneettiseen ilmentymiseen. Yksi seuraus on epigeneettisen proteiinin ilmentyminen, joka lisää modifikaatioita DNA:han. Tämä johtaa laajoihin muutoksiin koko DNA:n metylaatiokuviossa ja siten kaikenlaisten geenien epänormaaliin ilmentymiseen, joista monet pitäisi ilmetä vain, kun epäkypsät aivosolut jakautuvat organismin kehityksen alkuvaiheessa. Näin syöpäohjelma käynnistetään vauvan soluissa 25 .
Samanlainen kommunikaatio pienten RNA:iden ja solun epigeneettisen laitteiston välillä voi vaikuttaa merkittävästi muihin tilanteisiin, joissa soluille kehittyy taipumus syöpään. Tämä mekanismi todennäköisesti johtaa siihen, että pienen RNA:n ilmentymisen häiriintymisen vaikutusta tehostetaan muuttamalla epigeneettisiä modifikaatioita, jotka siirtyvät tytärsoluihin äidistä. Tällä tavalla voidaan muodostaa kaavio mahdollisesti vaarallisista muutoksista geeniekspression luonteessa.
Toistaiseksi tiedemiehet eivät ole selvittäneet pienten RNA:iden vuorovaikutuksen kaikkia vaiheita epigeneettisten prosessien kanssa, mutta he onnistuvat silti saamaan joitain vihjeitä tapahtuvan piirteistä. Esimerkiksi kävi ilmi, että tietty luokka pieniä RNA:ita, jotka lisäävät rintasyövän aggressiivisuutta, kohdistuu tiettyihin lähetti-RNA:iden entsyymeihin, jotka poistavat tärkeimmät epigeneettiset modifikaatiot. Tämä muuttaa epigeneettisten modifikaatioiden mallia syöpäsolussa ja häiritsee edelleen geneettistä ilmentymistä 26 .
Monia syövän muotoja on vaikea jäljittää potilaalla. Onkologisia prosesseja voi tapahtua vaikeapääsyisissä paikoissa, mikä vaikeuttaa näytteenottoa. Tällaisissa tapauksissa lääkärin ei ole helppoa seurata syöpäprosessin kehittymistä ja hoitovastetta. Usein lääkärit joutuvat luottamaan epäsuoriin mittauksiin - esimerkiksi kasvaimen tomografiseen skannaukseen. Jotkut tutkijat uskovat, että pienet RNA-molekyylit voisivat auttaa luomaan uuden tekniikan kasvaimen kehittymisen seurantaan, mikä mahdollistaa myös sen alkuperän tutkimisen. Kun syöpäsolut kuolevat, pienet RNA:t poistuvat solusta sen repeytyessä. Nämä pienet roskamolekyylit muodostavat usein komplekseja solun proteiinien kanssa tai kietoutuvat solukalvojen fragmentteihin. Tämän vuoksi ne ovat erittäin stabiileja kehon nesteissä, mikä tarkoittaa, että tällaiset RNA:t voidaan eristää ja analysoida. Koska niiden lukumäärä on pieni, tutkijoiden on käytettävä erittäin herkkiä analyysimenetelmiä. Mikään tässä ei kuitenkaan ole mahdotonta: nukleiinihapposekvensoinnin herkkyys kasvaa jatkuvasti 27 . On julkaistu tietoja, jotka vahvistavat tämän lähestymistavan lupauksen suhteessa rintasyöpään 28 , munasarjasyöpään 29 ja useisiin muihin onkologisiin sairauksiin. Keuhkosyöpäpotilailla kiertävien pienten RNA:iden analyysi osoitti, että nämä RNA:t auttavat erottamaan potilaat, joilla on yksittäinen keuhkokyhmy (jotka eivät tarvitse hoitoa) ja potilaat, joille kehittyy pahanlaatuisia kasvainkyhmyjä (jotka vaativat hoitoa) 30 .
), estäen ribosomeissa olevan mRNA:n translaation sen koodaamaksi proteiiniksi. Lopulta pienten häiritsevien RNA:iden vaikutus on identtinen yksinkertaisesti geeniekspression vähentämisen kanssa.
David Balcomben ryhmä Isossa-Britanniassa löysi vuonna 1999 pieniä häiritseviä RNA:ita osana transkription jälkeistä geenien vaimennusjärjestelmää kasveissa (eng. PTGS, transkription jälkeinen geenin hiljentäminen). Ryhmä julkaisi havaintonsa Science-lehdessä.
Kaksijuosteiset RNA:t voivat lisätä geenien ilmentymistä mekanismin kautta, jota kutsutaan RNA-riippuvaiseksi geeniaktivaatioksi. RNAa, pieni RNA-indusoitu geeniaktivaatio). On osoitettu, että kaksijuosteiset RNA:t, jotka ovat komplementaarisia kohdegeenien promoottoreille, saavat aikaan vastaavien geenien aktivoitumisen. RNA:sta riippuvainen aktivaatio synteettisten kaksijuosteisten RNA:iden antamisen jälkeen on osoitettu ihmissoluissa. Ei tiedetä, onko samanlaista järjestelmää muiden organismien soluissa.
Koska RNA-interferenssit, jotka perustuvat pieniin häiritseviin RNA:ihin, pystyvät sammuttamaan käytännössä minkä tahansa geenin, ovat saaneet aikaan valtavan kiinnostuksen perus- ja sovellettua biologiaa kohtaan. Laaja-alaisten RNAi-pohjaisten määritysten määrä tärkeiden geenien tunnistamiseksi biokemiallisissa reiteissä kasvaa jatkuvasti. Koska sairauksien kehittyminen määräytyy myös geenien aktiivisuuden perusteella, on odotettavissa, että joissain tapauksissa geenin sammuttamisella pientä häiritsevää RNA:ta käyttämällä voi olla terapeuttinen vaikutus.
Kuitenkin pieniin häiritseviin RNA:ihin perustuvan RNA-interferenssin soveltaminen eläimiin ja erityisesti ihmisiin kohtaa monia vaikeuksia. Kokeet ovat osoittaneet, että pienten häiritsevien RNA:iden tehokkuus on erilainen erityyppisille soluille: jotkut solut reagoivat helposti pienten häiritsevien RNA:iden toimintaan ja osoittavat geeniekspression vähenemistä, kun taas toisissa tätä ei havaita tehokkaasta transfektiosta huolimatta. Tämän ilmiön syitä ymmärretään edelleen huonosti.
Kahden ensimmäisen RNAi-terapeuttisen lääkkeen (tarkoitettu silmänpohjan rappeuman hoitoon) ensimmäisen vaiheen kokeiden tulokset, jotka julkaistiin vuoden 2005 lopussa, osoittavat, että potilaat sietävät helposti pieniin häiritseviin RNA:ihin perustuvia lääkkeitä ja niillä on hyväksyttävät farmakokineettiset ominaisuudet.
Alustavat kliiniset tutkimukset pienistä häiritsevistä RNA:ista, jotka kohdistuvat Ebola-virukseen, osoittavat, että ne voivat olla tehokkaita taudin jälkeisessä ennaltaehkäisyssä. Tämä lääke mahdollisti koko kokeellisen kädellisten ryhmän selviytymisen, jotka saivat tappavan annoksen Zairean Ebolavirusta.
