V živej bunke tok informácií medzi jadrom a cytoplazmou nikdy nevyschne, no pochopiť všetky jeho „zákruty“ a rozlúštiť informácie v ňom zakódované je skutočne titánska úloha. Za jeden z najdôležitejších objavov v biológii minulého storočia možno považovať objavenie informačných (alebo templátových) molekúl RNA (mRNA alebo mRNA), ktoré slúžia ako sprostredkovatelia, ktorí prenášajú informačné „správy“ z jadra (z chromozómov) do cytoplazme. Rozhodujúca úloha RNA v syntéze bielkovín bola predpovedaná už v roku 1939 v práci Thorbjorna Kasperssona ( Torbjorn Caspersson), Jean Brachet ( Jean Brachet) a Jack Schultz ( Jack Schultz a v roku 1971 George Marbeis ( George Marbaix) spustil syntézu hemoglobínu v žabích oocytoch injekciou prvého izolovaného králičieho messengera RNA kódujúceho tento proteín.
V rokoch 1956–1957 v Sovietskom zväze A. N. Belozersky a A. S. Spirin nezávisle dokázali existenciu mRNA a tiež zistili, že väčšina RNA v bunke nie je v žiadnom prípade matrica, ale ribozomálna RNA(rRNA). Ribozomálna RNA – druhý „hlavný“ typ bunkovej RNA – tvorí „kostru“ a funkčné centrum ribozómov vo všetkých organizmoch; je to rRNA (a nie proteíny), ktorá reguluje hlavné štádiá syntézy proteínov. Zároveň bol opísaný a študovaný aj tretí „hlavný“ typ RNA – transferová RNA (tRNA), ktorá v kombinácii s ďalšími dvoma – mRNA a rRNA – tvorí jeden proteín-syntetizujúci komplex. Podľa pomerne populárnej hypotézy „sveta RNA“ to bola práve táto nukleová kyselina, ktorá stála pri samom počiatku života na Zemi.
Vzhľadom na skutočnosť, že RNA je oveľa hydrofilnejšia v porovnaní s DNA (v dôsledku nahradenia deoxyribózy ribózou), je labilnejšia a môže sa relatívne voľne pohybovať v bunke, a teda dodávať krátkodobé repliky genetickej informácie (mRNA) na miesto, kde prebieha syntéza bielkovín. Za zmienku však stojí „nepríjemnosť“ s tým spojená - RNA je veľmi nestabilná. Skladuje sa oveľa horšie ako DNA (aj vo vnútri bunky) a degraduje pri najmenšej zmene podmienok (teplota, pH). Okrem „vlastnej“ nestability majú veľký prínos ribonukleázy (alebo RNázy) – trieda enzýmov štiepiacich RNA, veľmi stabilné a „všadeprítomné“ – dokonca aj pokožka rúk experimentátora obsahuje dostatočné množstvo týchto enzýmov na to, aby sa prekrížili ukončiť celý experiment. Z tohto dôvodu je práca s RNA oveľa ťažšia ako s proteínmi alebo DNA - tieto môžu byť vo všeobecnosti skladované stovky tisíc rokov s malým alebo žiadnym poškodením.
Fantastická presnosť pri práci, tridistylát, sterilné rukavice, jednorazové laboratórne sklo - to všetko je potrebné na zabránenie degradácii RNA, ale dodržiavanie takýchto noriem nebolo vždy možné. Preto boli po dlhú dobu krátke „fragmenty“ RNA, ktoré nevyhnutne znečisťovali roztoky, jednoducho ignorované. Postupom času sa však ukázalo, že napriek všetkému úsiliu o udržanie sterility pracovnej oblasti sa prirodzene naďalej detegovali „trosky“ a potom sa ukázalo, že v cytoplazme sú vždy tisíce krátkych dvojvláknových RNA. ktoré plnia celkom špecifické funkcie a sú absolútne nevyhnutné pre normálny vývoj.bunky a organizmy.
Princíp interferencie RNA
O možnosť využitia siRNA sa začali zaujímať aj farmaceuti, keďže schopnosť priamej regulácie práce jednotlivých génov sľubuje neslýchané vyhliadky pri liečbe množstva chorôb. Malá veľkosť a vysoká špecifickosť účinku sľubujú vysokú účinnosť a nízku toxicitu liekov na báze siRNA; problém však vyriešiť doručenie siRNA chorým bunkám v tele zatiaľ neuspela – dôvodom je krehkosť a krehkosť týchto molekúl. A hoci sa teraz desiatky tímov snažia nájsť spôsob, ako tieto „magické guľky“ nasmerovať presne na cieľ (do chorých orgánov), zatiaľ nedosiahli viditeľný úspech. Okrem toho existujú ďalšie ťažkosti. Napríklad v prípade antivírusovej terapie môže byť vysoká selektivita pôsobenia siRNA medvedou službou – keďže vírusy rýchlo mutujú, modifikovaný kmeň veľmi rýchlo stratí citlivosť na siRNA vybranú na začiatku terapie: je známe, že nahradenie len jednej nukleotid v siRNA vedie k významnému zníženiu interferenčného účinku.
Na tomto mieste stojí za pripomenutie ešte raz - našli sa siRNA len u rastlín, bezstavovcov a jednobunkovcov; Hoci homológy proteínov pre RNA interferenciu (Dicer, RISC komplex) sú prítomné aj u vyšších živočíchov, siRNA neboli detegované konvenčnými metódami. Aké to bolo prekvapenie, keď umelo zavedené Syntetické analógy siRNA produkovali silný špecifický účinok závislý od dávky v cicavčích bunkových kultúrach! To znamenalo, že v bunkách stavovcov nebola interferencia RNA nahradená komplexnejšími imunitnými systémami, ale vyvinula sa spolu s organizmami a zmenila sa na niečo „pokročilejšie“. V dôsledku toho bolo u cicavcov potrebné hľadať nie presné analógy siRNA, ale ich evolučných nástupcov.
Hráč č. 2 - miRNA
Na základe evolučne dosť starého mechanizmu RNA interferencie vyvinuli vyvinutejšie organizmy dva špecializované systémy na riadenie práce génov, z ktorých každý používa svoju vlastnú skupinu malých RNA - miRNA(mikroRNA) a piRNA(piRNA, Piwi-interagujúca RNA). Oba systémy sa objavili v hubách a koelenterátoch a vyvinuli sa spolu s nimi, čím vytlačili siRNA a mechanizmus „nahej“ RNA interferencie. Ich úloha pri zabezpečovaní imunity klesá, keďže túto funkciu prevzali pokročilejšie mechanizmy bunkovej imunity, najmä interferónový systém. Tento systém je však taký citlivý, že funguje aj na samotnej siRNA: objavenie sa malých dvojvláknových RNA v cicavčej bunke spúšťa „poplachový signál“ (aktivuje sekréciu interferónu a spôsobuje expresiu génov závislých od interferónu, ktorý úplne blokuje všetky procesy prekladu). V tomto ohľade je mechanizmus RNA interferencie u vyšších živočíchov sprostredkovaný najmä mikroRNA a piRNA, jednovláknovými molekulami so špecifickou štruktúrou, ktoré interferónový systém nedeteguje.
Keď sa genóm stal zložitejším, miRNA a piRNA sa čoraz viac zapájali do regulácie transkripcie a translácie. Postupom času sa vyvinuli do ďalšieho, presného a jemného systému regulácie genómu. Na rozdiel od siRNA sa mikroRNA a piRNA (objavené v roku 2001, pozri rámček 3) nevyrábajú z cudzích molekúl dvojvláknovej RNA, ale sú pôvodne kódované v genóme hostiteľa.
Zoznámte sa s mikroRNA
Prekurzor mikroRNA je transkribovaný z oboch reťazcov genómovej DNA pomocou RNA polymerázy II, čo vedie k prechodnej forme, pri-miRNA, ktorá nesie znaky konvenčnej mRNA - m7 G-cap a polyA tail. Tento prekurzor tvorí slučku s dvoma jednovláknovými „chvoskami“ a niekoľkými nepárovými nukleotidmi v strede (obr. 3). Takáto slučka prechádza dvojstupňovým spracovaním (obr. 4): najprv endonukleáza Drosha odreže z vlásenky „chvosty“ jednovláknovej RNA, po čom sa odrezaná vlásenka (pre-mikroRNA) exportuje do cytoplazmy, kde rozpozná ho Dicer, ktorý urobí ďalšie dva rezy (vyreže sa dvojvláknová oblasť). , označené farbou na obr. 3). V tejto forme je zrelá miRNA, podobne ako siRNA, zahrnutá do komplexu RISC.
Obrázok 3. Štruktúra dvojvláknovej prekurzorovej molekuly mikroRNA. Hlavné znaky: prítomnosť konzervovaných sekvencií, ktoré tvoria vlásenku; prítomnosť komplementárnej kópie (mikroRNA*) s dvoma „extra“ nukleotidmi na 3′ konci; špecifická sekvencia (2–8 bp), ktorá tvorí rozpoznávacie miesto pre endonukleázy. Samotná mikroRNA je zvýraznená červenou farbou – to je to, čo Dicer vystrihne.
Mechanizmus účinku mnohých mikroRNA je podobný ako u siRNA: krátka (21–25 nukleotidov) jednovláknová RNA v proteínovom komplexe RISC sa viaže s vysokou špecifickosťou na komplementárne miesto v 3'-neprekladanej oblasti cieľovej mRNA. . Výsledkom väzby je štiepenie mRNA proteínom Ago. Aktivita mikroRNA (v porovnaní so siRNA) je však už diferencovanejšia – ak komplementarita nie je absolútna, cieľová mRNA nemusí byť degradovaná, ale iba reverzibilne blokovaná (nedôjde k translácii). Rovnaký komplex RISC možno použiť umelo zavedené siRNA. To vysvetľuje, prečo sú siRNA, vyrobené analogicky s prvokmi, aktívne aj u cicavcov.
Ilustráciu mechanizmu účinku RNA interferencie vo vyšších (bilaterálne symetrických) organizmoch teda môžeme doplniť spojením schémy účinku mikroRNA a biotechnologicky zavedených siRNA na jednom obrázku (obr. 5).
Obrázok 5. Zovšeobecnená schéma pôsobenia umelých miRNA a siRNA(umelé siRNA sa zavádzajú do bunky pomocou špecializovaných plazmidov - zacielenie siRNA vektora).
Funkcie miRNA
Fyziologické funkcie miRNA sú mimoriadne rôznorodé, v skutočnosti pôsobia ako hlavné neproteínové regulátory ontogenézy. miRNA nerušia, ale dopĺňajú „klasickú“ schému génovej regulácie (induktory, supresory, zhutňovanie chromatínu a pod.). Okrem toho je samotná syntéza mikroRNA regulovaná komplexným spôsobom (určité zásoby mikroRNA môžu byť aktivované interferónmi, interleukínmi, tumor nekrotizujúcim faktorom α (TNF-α) a mnohými ďalšími cytokínmi). Výsledkom je, že vzniká viacúrovňová sieť zriaďovania „orchestra“ s tisíckami génov, úžasných vo svojej komplexnosti a flexibilite, no tým to nekončí.
mikroRNA sú viac „univerzálne“ ako siRNA: „ward“ gény nemusia byť 100% komplementárne – regulácia prebieha aj čiastočnou interakciou. Dnes je jednou z najhorúcejších tém molekulárnej biológie hľadanie mikroRNA, ktoré fungujú ako alternatívne regulátory známych fyziologických procesov. Napríklad miRNA zapojené do regulácie bunkového cyklu a apoptózy v rastlinách, Drosophila a nematódach už boli opísané; u ľudí miRNA regulujú imunitný systém a vývoj hematopoetických kmeňových buniek. Použitie technológií založených na biočipoch (micro-array screening) ukázalo, že celé skupiny malých RNA sa zapínajú a vypínajú v rôznych štádiách bunkového života. Pre biologické procesy boli identifikované desiatky špecifických mikroRNA, ktorých úroveň expresie sa za určitých podmienok tisíckrát mení, čo zdôrazňuje výnimočnú kontrolovateľnosť týchto procesov.
Až donedávna sa verilo, že mikroRNA iba potláčajú – úplne alebo čiastočne – prácu génov. Nedávno sa však ukázalo, že pôsobenie miRNA sa môže radikálne líšiť v závislosti od stavu bunky! V aktívne sa deliacej bunke sa miRNA viaže na komplementárnu sekvenciu v 3'-mieste mRNA a inhibuje syntézu proteínov (transláciu). Avšak v stave pokoja alebo stresu (napríklad pri pestovaní na nekvalitnom médiu) tá istá udalosť vedie k opačnému efektu – k zvýšeniu syntézy cieľového proteínu!
Evolúcia miRNA
Počet odrôd mikroRNA vo vyšších organizmoch ešte nie je úplne stanovený - podľa niektorých údajov presahuje 1% počtu génov kódujúcich proteín (u ľudí napríklad hovoria o 700 mikroRNA a tento počet sa neustále zvyšuje rastúce). mikroRNA regulujú aktivitu asi 30 % všetkých génov (ciele pre mnohé z nich ešte nie sú známe) a existujú molekuly ako všadeprítomné, tak aj tkanivovo špecifické – napríklad jedna taká dôležitá zásobáreň mikroRNA reguluje dozrievanie krvných kmeňových buniek .
Široký profil expresie v rôznych tkanivách rôznych organizmov a biologické množstvo miRNA naznačujú evolučne starý pôvod. Prvýkrát boli miRNA nájdené v háďatkách a dlho sa verilo, že tieto molekuly sa vyskytujú iba v hubách a koelenterátoch; neskôr ich však objavili aj v jednobunkových riasach. Je zaujímavé, že ako sa organizmy stávajú zložitejšími, zvyšuje sa aj počet a heterogenita súboru mikroRNA. To nepriamo naznačuje, že komplexnosť týchto organizmov je zabezpečená najmä fungovaním miRNA. Možný vývoj miRNA je znázornený na obrázku 6.
Obrázok 6. Diverzita miRNA v rôznych organizmoch.Čím vyššia je organizácia organizmu, tým viac miRNA sa v ňom nachádza (číslo v zátvorke). Druhy sú označené červenou farbou v ktorej slobodný miRNA.
Jasný evolučný vzťah medzi siRNA a mikroRNA možno nakresliť na základe nasledujúcich faktov:
- pôsobenie oboch druhov je zameniteľné a sprostredkované homológnymi proteínmi;
- siRNA zavedené do buniek cicavcov špecificky „vypínajú“ potrebné gény (napriek určitej aktivácii interferónovej ochrany);
- miRNA sa nachádza v čoraz staršom veku organizmov.
Tieto a ďalšie údaje naznačujú pôvod oboch systémov od spoločného „predka“. Zaujímavý je aj fakt, že „RNA“ imunita ako nezávislý prekurzor proteínových protilátok potvrdzuje teóriu o vzniku prvých foriem života na báze RNA, nie proteínov (pripomeňme, že ide o obľúbenú teóriu akademika A. S. Spirina).
Čím ďalej, tým viac mätúce. Hráč č. 3 - piRNA
Zatiaľ čo v aréne molekulárnej biológie boli len dvaja „hráči“ – siRNA a mikroRNA – hlavný „účel“ RNA interferencie sa zdal úplne jasný. V skutočnosti: súbor homológnych krátkych RNA a proteínov v rôznych organizmoch vykonáva podobné akcie; ako sa organizmy stávajú zložitejšími, zvyšuje sa aj ich funkčnosť.
V procese evolúcie však príroda vytvorila ďalší, evolučne najnovší a vysoko špecializovaný systém založený na rovnakom úspešnom princípe interferencie RNA. Hovoríme o piRNA (piRNA, od Piwi-interakčná RNA).
Čím zložitejší je genóm organizovaný, tým je organizmus vyvinutejší a prispôsobenejší (alebo naopak? ;-). Nárast zložitosti genómu má však nevýhodu: stáva sa zložitým genetickým systémom nestabilná. To vedie k potrebe mechanizmov zodpovedných za udržiavanie integrity genómu – inak ho spontánne „premiešanie“ DNA jednoducho znefunkční. Mobilné genetické prvky ( SHP) – jeden z hlavných faktorov nestability genómu – sú krátke nestabilné oblasti, ktoré možno autonómne prepisovať a migrovať cez genóm. Aktivácia takýchto transponovateľných prvkov vedie k viacnásobným zlomom DNA v chromozómoch, ktoré sú plné smrteľných následkov.
Počet MGE sa zvyšuje nelineárne s veľkosťou genómu a ich aktivita musí byť kontrolovaná. Na tento účel používajú zvieratá, ktoré už začínajú s koelenterátmi, rovnaký fenomén RNA interferencie. Túto funkciu vykonávajú aj krátke RNA, nie však tie, ktoré už boli diskutované, ale ich tretí typ, piRNA.
"Portrét" piRNA
funkcie piRNA
Hlavnou funkciou piRNA je potlačenie aktivity MGE na úrovni transkripcie a translácie. Predpokladá sa, že piRNA sú aktívne iba počas embryogenézy, keď je nepredvídateľné premiešanie genómu obzvlášť nebezpečné a môže viesť k smrti embrya. Je to logické – keď imunitný systém ešte nefungoval, bunky embrya potrebujú nejakú jednoduchú, no účinnú ochranu. Pred vonkajšími patogénmi je embryo spoľahlivo chránené placentou (alebo škrupinou vajíčka). Okrem toho je však potrebná aj obrana pred endogénnymi (vnútornými) vírusmi, predovšetkým MGE.
Táto úloha piRNA je potvrdená skúsenosťami - "knockout" alebo mutácie génov Ago3, Piwi alebo Aub vedú k závažným vývojovým poruchám (a prudkému zvýšeniu počtu mutácií v genóme takéhoto organizmu), ale aj spôsobujú neplodnosť v dôsledku narušeného vývoja zárodočných buniek.
Distribúcia a evolúcia piRNA
Prvé piRNA sa už nachádzajú v morských sasankách a hubách. Rastliny očividne išli inou cestou – proteíny Piwi sa v nich nenašli a úlohu „náhubku“ pre transpozóny plní endonukleáza Ago4 a siRNA.
U vyšších živočíchov, vrátane ľudí, je piRNA systém veľmi dobre vyvinutý, no možno ho nájsť len v embryonálnych bunkách a v amniovom endoteli. Prečo je distribúcia piRNA v tele taká obmedzená, sa ešte len uvidí. Dá sa predpokladať, že ako každá silná zbraň, aj piRNA je užitočná len vo veľmi špecifických podmienkach (počas vývoja plodu) a v dospelom organizme ich činnosť narobí viac škody ako úžitku. Napriek tomu je počet piRNA rádovo väčší ako počet známych proteínov a nešpecifické účinky piRNA v zrelých bunkách je ťažké predpovedať.
| siRNA | miRNA | piRNA | |
|---|---|---|---|
| Rozširovanie, šírenie | rastliny, Drosophila, C.elegans. Nenachádza sa u stavovcov | eukaryoty | Embryonálne bunky zvierat (počnúc koelenterátmi). Nie v prvokoch a rastlinách |
| Dĺžka | 21-22 nukleotidov | 19-25 nukleotidov | 24-30 nukleotidov |
| Štruktúra | Dvojvláknové, 19 komplementárnych nukleotidov a dva nepárové nukleotidy na 3' konci | Jednovláknová komplexná štruktúra | Jednovláknová komplexná štruktúra. U na 5'-konci, 2'- O-metylovaný 3′ koniec |
| Spracovanie | Závislý od kociek | Závislý od kociek | Dicer-nezávislý |
| Endonukleázy | Pred2 | Pred1, Pred2 | Ago3, Piwi, Aub |
| Aktivita | Degradácia komplementárnych mRNA, acetylácia genómovej DNA | Degradácia alebo inhibícia translácie cieľovej mRNA | Degradácia mRNA kódujúcej MGE, regulácia transkripcie MGE |
| Biologická úloha | Antivírusová imunitná obrana, potlačenie aktivity vlastných génov | Regulácia aktivity génov | Potlačenie aktivity MGE počas embryogenézy |
Záver
Na záver by som rád uviedol tabuľku znázorňujúcu vývoj proteínového aparátu podieľajúceho sa na interferencii RNA (obr. 9). Je vidieť, že prvoky majú najrozvinutejší systém siRNA (proteínové rodiny Ago, Dicer) a s komplikáciou organizmov sa dôraz presúva na špecializovanejšie systémy – množstvo proteínových izoforiem pre mikroRNA (Drosha, Pasha) a piRNA ( Piwi, Hen1) zvyšuje. Zároveň sa znižuje diverzita enzýmov sprostredkujúcich pôsobenie siRNA.
Obrázok 9. Rôzne proteíny podieľajúce sa na interferencii RNA(čísla označujú počet proteínov v každej skupine). v modrej farbe prvky charakteristické pre siRNA a mikroRNA sú zvýraznené a červená- bielkovina a spojené s piRNA.
Fenomén interferencie RNA začali využívať tie najjednoduchšie organizmy. Na základe tohto mechanizmu príroda vytvorila prototyp imunitného systému a ako sa organizmy stávajú zložitejšími, RNA interferencia sa stáva nepostrádateľným regulátorom aktivity genómu. Dva rôzne mechanizmy plus tri druhy krátkych RNA ( cm. tab. 1) - v dôsledku toho vidíme tisíce jemných regulátorov rôznych metabolických a genetických dráh. Tento pozoruhodný obrázok ilustruje všestrannosť a evolučnú adaptáciu molekulárnych biologických systémov. Krátke RNA opäť dokazujú, že vo vnútri bunky nie sú žiadne „maličkosti“ - existujú len malé molekuly, ktorých plný význam úlohe práve začíname chápať.
(Pravdaže, taká fantastická zložitosť hovorí skôr o tom, že evolúcia je „slepá“ a funguje bez vopred schváleného „hlavného plánu““;
A.M. Deichman, S. V. Zinoviev, A. Yu Baryshnikov
GÉNOVÁ EXPRESIA A MALÁ RNA V ONKOLÓGII
GU RONTS im. N.N.Blokhina RAMS, Moskva
SÚHRN
Článok prezentuje úlohu malých RNA, ktoré riadia väčšinu životných funkcií bunky a organizmu, a ich možné prepojenie najmä s onkogenézou a ďalšími (aj hypotetickými) intracelulárnymi mechanizmami genómovej expresie.
Kľúčové slová Kľúčové slová: malé RNA, RNA interferencia (RNAi), dvojvláknová RNA (lncRNA), editácia RNA, onkogenéza.
A.M. Deichman, S.V.Zinoviev, A.Yu.Baryshnikov.
GÉNOVÁ EXPRESIA A MALÉ RNA V ONKOLÓGII
N.N. Blokhin Ruské centrum pre výskum rakoviny RAMS, Moskvaau
ABSTRAKT
V príspevku je prezentovaná úloha malých RNA dohliadajúcich na väčšinové vitálne funkcie bunky a organizmu a ich možné prepojenie najmä s onkogenézou a ďalšími (vrátane hypotetických) intracelulárnych mechanizmov expresie genómu.
Kľúčové slová: Malé RNA, interferenčné RNA (RNAi), dvojvláknové RNA (dsRNA), úprava RNA, tumorogenéza.
Úvod
Expresiu jednotlivých génov a celých eukaryotických genómov vrátane spracovania, rôznych typov transkripcie, zostrihu, prestavieb, editácie RNA, rekombinácií, translácie, RNA interferencií, regulujú niektoré proteíny (produkty regulačných, štrukturálnych, homeotických génov, transkripčné faktory) , mobilné elementy, RNA a nízkomolekulárne efektory. Spracovateľské RNA zahŕňajú rRNA, tRNA, mRNA, niektoré regulačné RNA a malé RNA.
K dnešnému dňu je známe, že malé RNA nekódujú proteín, často sa počítajú v stovkách na genóm, a podieľajú sa na regulácii expresie rôznych eukaryotických génov (somatických, imunitných, zárodočných, kmeňových buniek). Pod kontrolou sú procesy diferenciácie (hematopoéza, angiogenéza, adipogenéza, myogenéza, neurogenéza), morfogenéza (vrátane embryonálnych štádií, vývoj/rast, fyziologická regulácia), proliferácia, apoptóza, karcinogenéza, mutagenéza, imunogenéza, starnutie (predĺženie života), epigenetické umlčanie; boli zaznamenané prípady metabolickej regulácie (napr. glykosfingolipidy). Širšia trieda nekódujúcich RNA s 20-300/500 nukleotidmi a ich RNP sa našli nielen v jadre/jadierku/cytoplazme, ale aj v bunkových organelách obsahujúcich DNA (živočíšne mitochondrie; v rastlinách, mikro-RNA a sekvenciách malej RNA).
Za riadenie a reguláciu V.N. procesov je dôležité: 1. aby malé prirodzené/umelé RNA (malé RNA, tRNA a pod.) a ich komplexy s proteínmi (RNP) boli schopné transmembránového bunkového a mitochondriálneho transportu; 2. že po kolapse mitochondrií môže časť ich obsahu, RNA a RNP, skončiť v cytoplazme a jadre. Uvedené vlastnosti malých RNA (RNP), ktorých funkčne významná úloha v procese štúdia len narastá, majú zjavne súvislosť s faktorom bdelosti vo vzťahu k rakovine a iným genetickým ochoreniam. Zároveň sa ukázal vysoký význam epigenomických modifikácií chromatínu vo vývoji nádorov. Budeme brať do úvahy len veľmi obmedzený počet prípadov z mnohých podobných.
Malá RNA
Mechanizmus účinku malých RNA je ich schopnosť viazať sa takmer komplementárne na 3'-nepreložené oblasti (3'-UTR) cieľových mRNA (ktoré niekedy obsahujú DNA/RNA transponujúce prvky MIR/LINE-2, ako aj konzervované Alu opakovania ) a vyvolávajú interferenciu RNA (RNAi=RNAi; najmä pri antivírusovej odpovedi). Komplikáciou však je, že okrem bunkových existujú aj vírusom zakódované malé RNA (herpes, SV40 atď.; EBV ich obsahuje napr. 23 a KSHV - 12 miRNA), interagujúce s transkriptmi tzv. vírus aj hostiteľ. Len u 58 druhov je známych viac ako 5 000 bunkových/vírusových miRNA. RNAi iniciuje buď degradáciu (s účasťou komplexu RISC, RNA-Induced Silencing Complex) na nukleázou zraniteľných fragmentoch kontinuálnych helixov lncRNA (dvojvláknová RNA mRNA atď.), alebo čiastočne reverzibilnú inhibíciu diskontinuálne stočenej lncRNA počas translácie cieľov mRNA. Zrelé malé RNA (~15-28 nukleotidov) sa tvoria v cytoplazme z ich prekurzorov rôznej dĺžky (desiatky a stovky nukleotidov), ktoré sa spracovávajú v jadre. Okrem toho sa malé RNA podieľajú na tvorbe umlčujúcej štruktúry chromatínu, regulácii transkripcie jednotlivých génov, supresii expresie transpozónu a udržiavaní funkčnej štruktúry rozšírených úsekov heterochromatínu.
Existuje niekoľko hlavných typov malých RNA. MikroRNA (miRNA) a malé interferujúce RNA (siRNA) sú najlepšie študované. Okrem toho sa medzi malými RNA študujú nasledovné: piRNA aktívne v zárodočných bunkách; malé interferujúce RNA spojené s endogénnymi retrotranspozónmi a opakujúcimi sa elementmi (s lokálnou/globálnou heterochromatizáciou – počnúc od skorých štádií embryogenézy; udržiavať hladinu telomér), rasiRNA Drosophia; často kódované intrónmi proteínových génov a funkčne dôležité pri translácii, transkripcii, zostrihu (de-/metylácia, pseudouridylácia nukleových kyselín) malých nukleárnych (snRNA) a nukleárnych (snoRNA) RNA; komplementárne k motívom NRSE-(Neuron Restrictive Silenser Element) viažucim sa na malé modulačné RNA, smRNA, s málo známymi funkciami; transaktivujúce rastlinné malé interferujúce RNA, tasiRNA; krátke vlásenkové RNA, shRNA, poskytujúce dlhodobé RNAi (perzistentné umlčanie génov) dlhých štruktúr lncRNA v antivírusovej odpovedi u zvierat.
Malé RNA (miRNA, siRNA atď.) interagujú s novosyntetizovanými transkriptmi jadra/cytoplazmy (regulácia zostrihu, translácie mRNA; metylácia/pseuduridylácia rRNA a pod.) a chromatínu (s dočasne lokálnou a epigeneticky zdedenou heterochromatinizáciou deliacej sa somatickej zárodočné bunky). Najmä heterochromatinizáciu sprevádza de-/metylácia DNA, ako aj metylácia, acetylácia, fosforylácia a ubikvitinácia histónov (úprava „histónového kódu“).
Ako prvé boli medzi malými RNA objavené a študované miRNA háďatka Caenorhabditis elegans (lin-4), ich vlastnosti a gény a o niečo neskôr miRNA rastliny Arabidopsis thaliana. V súčasnosti sú spájané s mnohobunkovými organizmami, aj keď sú zobrazené v jednobunkovej riase Chlamydomonas reinhardtii, a RNAi-podobné umlčovacie dráhy, v súvislosti s antivírusovou / podobnou ochranou zahŕňajúcou tzv. psiRNA sú diskutované pre prokaryoty. Genómy mnohých eukaryotov (vrátane Drosophila a ľudí) obsahujú niekoľko stoviek génov miRNA. Tieto gény špecifické pre štádium/tkanivo (ako aj ich zodpovedajúce cieľové oblasti mRNA) sú často vysoko homológne u fylogeneticky vzdialených druhov, ale niektoré z nich sú špecifické pre líniu. miRNA sú obsiahnuté v exónoch (kódovanie proteínov, RNA gény), intrónoch (najčastejšie pre-mRNA), intergénových spaceroch (vrátane opakovaní), majú dĺžku až 70-120 nukleotidov (alebo viac) a tvoria slučku/stonkovú vlásenku štruktúry. Na určenie ich génov sa využívajú nielen biochemické a genetické, ale aj počítačové prístupy.
Najcharakteristickejšia dĺžka "pracovnej oblasti" zrelých miRNA je 21-22 nukleotidov. Toto sú možno najpočetnejšie gény nekódujúce proteíny. Môžu byť usporiadané ako samostatné kópie (častejšie) alebo zhluky obsahujúce veľa podobných alebo odlišných génov miRNA transkribovaných (nie zriedkavo z autonómnych promótorov) ako dlhší prekurzor, spracovaný v niekoľkých fázach na jednotlivé miRNA. Predpokladá sa, že existuje regulačná miRNA sieť, ktorá riadi mnohé základné biologické procesy (vrátane onkogenézy/metastázy); pravdepodobne aspoň 30 % ľudských exprimovaných génov je regulovaných miRNA.
Tento proces zahŕňa lncRNA-špecifické enzýmy podobné RNáze-III Drosha (nukleárna ribonukleáza; iniciuje spracovanie intrónových pre-miRNA po zostrihu hlavného transkriptu) a Dicer, ktorý funguje v cytoplazme a štiepi/degraduje vlásenkovú pre- miRNA (na zrelé miRNA) a neskôr hybridné miRNA/mRNA štruktúry. Malé RNA spolu s viacerými proteínmi (vrátane h.p. RNáz, proteínov rodiny AGO, transmetyláz / acetyláz atď.) a za účasti tzv. Komplexy podobné RISC a RITS (druhý indukuje umlčanie transkripcie) sú schopné vyvolať RNAi/degradáciu a následné umlčanie génov na úrovni RNA- (pred/počas translácie) a DNA- (počas transkripcie heterochromatínu).
Každá miRNA sa potenciálne páruje s viacerými cieľmi a každý cieľ je riadený množstvom miRNA (podobne ako editácia pre-mRNA sprostredkovaná gRNA v trypanozómových kinetoplastoch). In vitro analýza ukázala, že regulácia miRNA (ako aj úprava RNA) je kľúčovým posttranskripčným modulátorom génovej expresie. Podobné miRNA súťažiace o rovnaký cieľ sú potenciálnymi transregulátormi interakcií RNA-RNA a RNA-proteín.
U zvierat sú miRNA najlepšie študované pre háďatká Caenorhabditis Elegans; bolo opísaných viac ako 112 génov. Našli sa tu aj tisíce endogénnych siRNA (neexistujú žiadne gény, sú spojené najmä s transkriptmi a transpozónmi sprostredkovanými spermatogenézou). Obidve malé mnohobunkové RNA môžu byť generované RNA polymerázami, ktoré vykazujú aktivitu (nie homológiu) typov RdRP-II (ako pre väčšinu iných RNA) a RdRP-III. Zrelé malé RNA majú podobné zloženie (vrátane koncových 5'-fosfátov a 3'-OH), dĺžku (typicky 21-22 nukleotidov) a funkciu a môžu súťažiť o rovnaký cieľ. Avšak degradácia RNA, aj keď je cieľ plne komplementárny, je častejšie spojená so siRNA; translačnú represiu s čiastočnou, zvyčajne 5-6 nukleotidovou, komplementaritou s miRNA; a prekurzory, v tomto poradí, sú exo-/endogénne (stovky/tisíce nukleotidov) pre siRNA a zvyčajne endogénne (desiatky/stovky nukleotidov) pre miRNA a ich biogenéza je odlišná; v niektorých systémoch sú však tieto rozdiely reverzibilné.
RNAi sprostredkovaná siRNA a miRNA má rôzne prirodzené úlohy: od regulácie génovej expresie a heterochromatínu po ochranu genómu proti transpozónom a vírusom; ale siRNA a niektoré miRNA nie sú medzi druhmi konzervované. Rastliny (Arabidopsis thaliana) majú: siRNA zodpovedajúce génom aj intergénnym oblastiam (vrátane spacerov, opakovaní); obrovské množstvo potenciálnych genómových miest pre rôzne typy malých RNA. Nematódy majú aj tzv. variabilné autonómne exprimované 21U-RNA (dasRNA); majú 5"-Y-monofosfát, tvoria 21 nukleotidov (20 z nich je variabilných) a nachádzajú sa medzi alebo vo vnútri intrónov génov kódujúcich proteín na viac ako 5700 miestach v dvoch oblastiach chromozómu IV.
MiRNA hrajú dôležitú úlohu v génovej expresii v zdraví a chorobe; človek má aspoň 450-500 takýchto génov. Väzbou zvyčajne na 3"-UTR oblasti mRNA (iné ciele) môžu selektívne a kvantitatívne (najmä pri odstraňovaní produktov málo exprimovaných génov z obehu) blokovať prácu niektorých a aktivitu iných génov. Ukázalo sa, že množiny profilov exprimovaných mikro-RNA (a ich cieľov) sa dynamicky menia počas ontogenézy, diferenciácie buniek a tkanív. Tieto zmeny sú špecifické najmä pri kardiogenéze, v procese optimalizácie veľkosti dĺžky dendrity a počet synapsií nervovej bunky (s účasťou miRNA-134, iné malé RNA), vývoj mnohých patológií (onkogenéza, imunodeficiencie, genetické ochorenia, parkinsonizmus, Alzheimerova choroba, očné poruchy (retinoblastóm atď.) spojené s infekciami rôzneho charakteru) Celkový počet detegovaných miRNA rastie oveľa rýchlejšie, než je popis ich regulačnej úlohy a asociácie so špecifickými cieľmi.
Počítačová analýza predpovedá stovky cieľových mRNA pre jednotlivé miRNA a reguláciu jednotlivých mRNA viacerými miRNA. MiRNA teda môžu slúžiť účelu eliminácie cieľových génových transkriptov alebo jemného doladenia ich expresie na transkripčnej/translačnej úrovni. Teoretické úvahy a experimentálne výsledky podporujú existenciu rôznych úloh miRNA.
V prehľade sa odráža úplnejší zoznam aspektov súvisiacich so základnou úlohou malých RNA v eukaryotoch v procesoch rastu/vývoja a v niektorých patológiách (vrátane epigenomiky rakoviny).
Malé RNA v onkológii
Procesy rastu, vývoja, progresie a metastázovania nádorov sú sprevádzané mnohými epigenetickými zmenami, ktoré sa vyvinú do zriedkavejších pretrvávajúcich dedičných genetických zmien. Zriedkavé mutácie však môžu niesť veľkú váhu (pre konkrétneho jedinca nosológia), pretože. vo vzťahu k jednotlivým génom (napríklad APC, K-ras, p53), tzv. „lievikovitý“ efekt spojený s takmer nezvratným rozvojom/následkami onkologických ochorení. Nádorovo špecifická heterogenita progenitorových buniek vo vzťahu k profilu expresie rôznych génov (proteíny, RNA, malá RNA) je spôsobená konjugovanými variáciami preskupených epigenomických štruktúr. Epigenóm je modulovaný metyláciou, posttranslačnými modifikáciami/substitúciami histónov (s nekanonickými), remodeláciou nukleozomálnej štruktúry génov/chromatínu (vrátane genómového imprintingu, t.j. dysfunkcie pri expresii alel rodičovských génov a chromozómov X ). Toto všetko a za účasti RNAi regulovanej malými RNA vedie k objaveniu sa defektných heterochromatických (vrátane hypometylovaných centromerických) štruktúr.
Vzniku génovo špecifických mutácií môže predchádzať známa akumulácia stoviek tisíc somatických klonálnych mutácií v jednoduchých opakovaniach alebo mikrosatelitoch nekódujúcej (zriedkavo kódujúcej) oblasti, prinajmenšom v nádoroch s fenotypom mikrosatelitného mutátora (MMP) ; tvoria významnú časť kolorektálneho karcinómu, ale aj rakoviny pľúc, žalúdka, endometria a pod. gény, ktoré riadia expresiu génov (intróny, intergénne), ako v kódujúcich (exónoch) oblastiach genómu mikrosatelitne nestabilných, MSI+, nádorov. Hoci povaha vzhľadu a lokalizačné mechanizmy MS-stabilných/nestabilných oblastí nie sú úplne jasné, vznik MS-nestability koreloval s frekvenciou mutácií mnohých génov, ktoré v MSI+ nádoroch nezmutovali skôr a pravdepodobne smerovali k ich progresii; okrem toho sa miera mutácií opakovaní MSI v týchto nádoroch zvýšila o viac ako dva rády. Nie všetky gény boli analyzované na prítomnosť opakovaní, ale stupeň ich mutability v kódujúcich/nekódujúcich oblastiach je odlišný a presnosť metód na určenie frekvencie mutácií je relatívna. Je dôležité, že nekódujúce oblasti pre MSI-mutovateľné opakovania sú často bialelické, zatiaľ čo kódujúce oblasti sú monoalelické.
Globálny pokles metylácie v nádoroch je charakteristický pre repetície, transponovateľné elementy (ME; ich transkripcia sa zvyšuje), promótory, CpG miesta tumor supresorových miRNA génov a koreluje s hypertranskripciou retrotranspozónov v pokročilých rakovinových bunkách. Za normálnych okolností sú fluktuácie „metylómu“ spojené s „metylačnými vlnami“ špecifickými pre rodičov / štádium / tkanivo a silnou metyláciou centromerických satelitných oblastí heterochromatínu regulovaných malými RNA. Keď sú satelity nedostatočne metylované, vytvorená nestabilita chromozómov je sprevádzaná zvýšením rekombinácie a porušenie metylácie ME môže spustiť ich expresiu. Tieto faktory podporujú vývoj nádorového fenotypu. Malá RNA terapia môže byť vysoko špecifická, ale mala by byť kontrolovaná, pretože cieľmi môžu byť nielen jednotlivé, ale aj mnohé molekuly mRNA/RNA a novosyntetizovaná RNA rôznych (vrátane nekódujúcich intergénových opakovaní) oblastí chromozómov.
Väčšina ľudského genómu sa skladá z opakovaní a TE. Retrotranspozón L1 (prvok LINE) obsahuje podobne ako endogénne retrovírusy reverznú (RTázu), endonukleázu a je potenciálne schopný niesť neautonómne (Alu, SVA, atď.) retroelementy; k umlčaniu L1/podobných prvkov dochádza v dôsledku metylácie na miestach CpG. Všimnite si, že medzi CpG miestami genómu sú CpG ostrovy génových promótorov slabo metylované a samotný 5-metylcytozín je potenciálne mutagénna báza, ktorá sa deaminuje na tymín (chemicky alebo za účasti úpravy RNA/(DNA) DNA oprava); avšak niektoré z CpG ostrovov podliehajú nadmernej aberantnej metylácii sprevádzanej represiou supresorového génu a rozvojom rakoviny. Ďalej: Proteín viažuci RNA kódovaný L1, interagujúci s proteínmi AGO2 (rodiny Argo-naute) a FMRP (fragilná mentálna retardácia, efektorový RISC-komplexný proteín), podporuje pohyb elementu L1 - čo naznačuje možnú vzájomnú reguláciu systémov RNAi a retropozícií ľudských LINE prvkov. Dôležité je najmä to, že Alu repetície sú schopné prechádzať do oblasti intrónového/exónového priestoru génov.
Tieto a podobné mechanizmy môžu zvýšiť patologickú plasticitu genómu nádorových buniek. Potlačenie RTázy (kódovanej podobne ako endonukleáza elementmi L1; RTáza je kódovaná aj endogénnymi retrovírusmi) mechanizmom RNAi sprevádzalo zníženie proliferácie a zvýšenie diferenciácie v rade rakovinových bunkových línií. Po zavedení elementu L1 do protoonkogénu alebo supresorového génu sa pozorovali zlomy dvojvláknovej DNA. V tkanivách zárodočnej línie (myši/človek) je hladina expresie L1 zvýšená a jej metylácia závisí od systému umlčania spojeného s piRNAs-(26-30-bp), kde proteíny PIWI sú variantmi veľkej rodiny Argo. -naute proteíny, mutácie, v ktorých vedú k demetylácii/derepresii L1/podobných prvkov s dlhými koncovými opakovaniami. Dráhy umlčania rasiRNA sú spojené s proteínmi PIWI vo väčšej miere ako s proteínmi Dicer-1/2 a Ago. Dráhy umlčania sprostredkované piRNA/siRNA sa realizujú prostredníctvom vnútrojadrových teliesok obsahujúcich veľké evolučne konzervované multiproteínové komplexy PcG, ktorých funkcie sú v nádorových bunkách často narušené. Tieto komplexy sú zodpovedné za pôsobenie na veľké vzdialenosti (cez viac ako 10 kb, medzi chromozómami) a regulujú zhluk génov HOX zodpovedných za plán tela.
Nové princípy antisense terapie môžu byť vyvinuté s prihliadnutím na poznatky o vysoko špecifických (ako histón modifikujúce inhibítory metylácie DNA/proteínu) protinádorových epigenomických činidiel, základných princípoch umlčania epigenomickej RNA a úlohe malých RNA v karcinogenéze.
Mikro-RNA v onkológii
Je známe, že zvýšenie rastu nádorov a metastáz môže byť sprevádzané zvýšením niektorých a znížením expresie iných jedincov/súborov miRNA (tabuľka 1). Niektoré z nich môžu mať kauzálnu úlohu v onkogenéze; a dokonca rovnaké miRNA (ako miR-21/-24) v rôznych nádorových bunkách môžu vykazovať onkogénne aj supresívne vlastnosti. Každý typ ľudských malígnych nádorov je jasne rozlíšiteľný podľa svojho „miRNA-odtlačku“ a niektoré miRNA môžu fungovať ako onkogény, supresory nádorov, iniciátory bunkovej migrácie, invázie, metastázy. V patologicky zmenených tkanivách sa často nachádza znížený počet kľúčových miRNA, pravdepodobne zahrnutých v protirakovinových obranných systémoch. miRNA (miRs) podieľajúce sa na onkogenéze vytvorili koncept tzv. „oncomirax“: analýza expresie viac ako 200 miRNA z viac ako 1000 vzoriek lymfómov a solídnych rakovín umožnila úspešne klasifikovať nádory do podtypov podľa ich pôvodu a štádia diferenciácie. Funkcie a úloha miRNA sú úspešne študované pomocou: anti-miR oligonukleotidov modifikovaných (na predĺženie životnosti) na 2'-O-metylových a 2'-O-metoxyetylových skupinách; ako aj LNA oligonukleotidy, v ktorých sú atómy kyslíka ribózy v polohách 2 "a 4" spojené metylénovým mostíkom.
(Stôl 1)……………….
Nádor | miRNA |
Rakovina pľúc | 17-92 , nech-7↓ , 124a↓ , 126 ↓ , 143 ↓ , 145 ↓ , 155 , 191 , 205 , 210 |
Rakovina prsníka | 21 , 125b↓ , 145 ↓ , 155 |
Rakovina prostaty | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 21 , 143 ↓ ,145 ↓ |
rakovina hrubého čreva | 19a , 21 , 143 ↓ , 145 ↓ |
Rakovina pankreasu | 21 , 103 , 107 , 155 v |
Rakovina vaječníkov | 210 |
Chronická lymfocytová leukémia | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 16-2 , 23 b , 24-1 , 29 ↓ , 146 , 155 , 195 , 221 , 223 ↓ |
stôl 1 .
miRNA, ktorých expresia sa zvyšuje () alebo znižuje ( ↓ ) v niektorých bežnejších nádoroch v porovnaní s normálnymi tkanivami (pozri tiež ).
Predpokladá sa, že regulačná úloha expresie, vymiznutia a amplifikácie miRNA génov v predispozícii k iniciácii, rastu a progresii väčšiny nádorov je významná a mutácie v pároch miRNA/mRNA-cieľ sú synchronizované. Expresný profil miRNA sa môže použiť na klasifikáciu, diagnostiku a klinickú prognózu v onkológii. Zmeny v expresii miRNA môžu ovplyvniť bunkový cyklus, program prežitia bunky. Mutácie miRNA v kmeňových a somatických bunkách (ako aj selekcia polymorfných cieľových variantov mRNA) môžu prispievať k rastu, progresii a patofyziológii mnohých (ak nie všetkých) malignít, alebo v nich môžu dokonca hrať rozhodujúcu úlohu. Pomocou miRNA je možná korekcia apoptózy.
Okrem jednotlivých miRNA boli nájdené aj ich zhluky pôsobiace ako onkogén, ktorý u experimentálnych myší vyvoláva rozvoj najmä rakoviny hematopoetického tkaniva; Gény miRNA s onkogénnymi a supresorovými vlastnosťami môžu byť umiestnené v rovnakom klastri. Klastrová analýza profilov expresie miRNA v nádoroch umožňuje určiť jej pôvod (epitel, krvotvorné tkanivo atď.) a klasifikovať rôzne nádory toho istého tkaniva s neidentickými transformačnými mechanizmami. Profilovanie expresie miRNA sa môže uskutočniť pomocou nano-/mikročipov; presnosť takejto klasifikácie sa pri vývoji technológie (čo nie je jednoduché) ukazuje byť vyššia ako pri použití profilov mRNA. Niektoré z miRNA sa podieľajú na diferenciácii hematopoetických buniek (myších, ľudských), čím iniciujú progresiu rakovinových buniek. Ľudské gény miRNA sa často nachádzajú v tzv. „fragilné“ miesta, oblasti s prevahou delécií/inzercií, bodové zlomy, translokácie, transpozície, minimálne deleovateľné a amplifikované heterochromatínové oblasti zapojené do onkogenézy.
Angiogenéza . Úloha miRNA v angiogenéze je pravdepodobne významná. Zvýšenie angiogenézy v niektorých ľudských adenokarcinómoch aktivovaných Myc bolo sprevádzané zmenou vo vzorci expresie niektorých miRNA, zatiaľ čo zníženie génu iných miRNA viedlo k oslabeniu a potlačeniu rastu nádoru. Rast nádoru bol sprevádzaný mutáciami v génoch K-ras, Myc a TP53, zvýšenou produkciou angiogénneho faktora VEGF a stupňom vaskularizácie spojenej s Myc; zatiaľ čo antiangiogénne faktory Tsp1 a CTGF boli potlačené miR-17-92 a inými miRNA asociovanými s klastrom. Nádorová angiogenéza a vaskularizácia boli zvýšené (najmä v kolonocytoch), keď boli dva onkogény koexprimované vo väčšej miere ako jeden.
Neutralizácia antiangiogénneho faktora LATS2, inhibítora zvieracej cyklín-dependentnej kinázy (CDK2; človek/myš), pomocou miRNA-372/373 („potenciálne onkogény“) stimulovala rast testikulárneho nádoru bez poškodenia génu p53.
Potenciálne modulátory angiogénnych vlastností (in-vitro/in-vivo) sú miR-221/222, ktorých ciele, c-Kit receptory (iné), sú angiogenéznymi faktormi endotelových buniek HUVEC z pupočnej šnúry atď. Tieto miRNA a c- Kit interaguje ako súčasť komplexného cyklu, ktorý riadi schopnosť endotelových buniek vytvárať nové kapiláry.
Chronická lymfocytová leukémia (CLL). Pri chronickej lymfocytovej leukémii B-buniek (CLL) je zaznamenaná znížená úroveň expresie génov miR-15a/miR-16-1 (a iných) v oblasti 13q14 ľudského chromozómu - v mieste najčastejšieho štrukturálneho anomálie (vrátane delécií oblasti 30 kb), hoci genóm exprimoval stovky zrelých a predľudských miRNA. Obe miRNA potenciálne účinné v terapii nádorov obsahovali antisense oblasti antiapoptotického proteínu Bcl2, potláčali jeho nadmernú expresiu, stimulovali apoptózu, ale takmer/úplne chýbali v dvoch tretinách zablúdených CLL buniek. Časté mutácie sekvenovaných miRNA v kmeňových/somatických bunkách boli identifikované u 11 zo 75 pacientov (14,7 %) s rodinnou predispozíciou na CLL (neznámy spôsob dedičnosti), ale nie u 160 zdravých pacientov. Tieto pozorovania vyvolávajú návrh priamej funkcie miRNA pri leukemogenéze. V súčasnosti nie je všetko známe o vzťahu medzi hladinami expresie génov miRNA (a ich funkciami) a inými génmi v normálnych/nádorových bunkách.
dokumentRelevantnosť. Porušenie funkcie tvárového nervu počas operácie na príušnej slinnej žľaze je jedným z naliehavých problémov a je determinované tak prevalenciou ochorenia, ako aj významnou frekvenciou.
Dawson Church - génius vo vašich génoch epigenetická medicína a nová biológia zámerov www e - puzzle ru knižnica kniha www e - puzzle ru knižnica obsah
KnihaEtika spiritualita onkológia hiv p garyaev* a enfi súhrn
dokumentTento článok reflektuje nový pohľad na problém onkológie a HIV infekcie vo svetle lingvistickej vlnovej genetiky (LVG) a teórie kódovania esencií (ESC) na základe ruskej a inej sociokultúrnej reality.
Onkologické výskumné centrum a Anastasia Sergeevna Odintsova nové režimy chemoterapie pre pokročilú a recidivujúcu rakovinu krčka maternice 14 01 12 – onkológia
Diplomová práca4.4. Stanovenie génu izoenzýmu uridinglukoronyltransferázy (UGT1A1) v krvnom sére pacientok s rakovinou krčka maternice, ktoré dostávali chemoterapiu prvej línie s irinotekanom s derivátmi platiny 105
Malé vlásenkové RNA alebo krátke vlásenkové RNA (shRNA short hairpin RNA, small hairpin RNA) sú krátke molekuly RNA, ktoré tvoria husté vlásenky v sekundárnej štruktúre. ShRNA možno použiť na vypnutie expresie ... ... Wikipedia
RNA polymeráza- z bunky T. aquaticus v procese replikácie. Niektoré prvky enzýmu sú transparentné a reťazce RNA a DNA sú zreteľnejšie viditeľné. Horčíkový ión (žltý) sa nachádza na aktívnom mieste enzýmu. RNA polymeráza je enzým, ktorý vykonáva ... ... Wikipedia
RNA interferencia- Dodávanie malých vlásenkových RNA pomocou lentivírusového vektora a mechanizmus RNA interferencie v cicavčích bunkách RNA interferencia (... Wikipedia
RNA gén Nekódujúca RNA (ncRNA) sú molekuly RNA, ktoré nie sú preložené do proteínov. Predtým používané synonymum, malá RNA (smRNA, malá RNA), sa v súčasnosti nepoužíva, pretože niektoré nekódujúce RNA môžu byť veľmi ... ... Wikipedia
Malá jadrová RNA- (snRNA, snRNA) trieda RNA, ktoré sa nachádzajú v jadre eukaryotických buniek. Sú transkribované RNA polymerázou II alebo RNA polymerázou III a podieľajú sa na dôležitých procesoch ako je splicing (odstraňovanie intrónov z nezrelej mRNA), regulácia ... Wikipedia
Malé nukleárne RNA- (snoRNA, anglicky snoRNA) trieda malých RNA podieľajúcich sa na chemických modifikáciách (metylácia a pseudouridylácia) ribozomálnych RNA, ako aj tRNA a malých jadrových RNA. Podľa klasifikácie MeSH sú malé nukleárne RNA považované za podskupinu ... ... Wikipedia
malá jadrová (nízkomolekulárna jadrová) RNA- Rozsiahla skupina (105 106) malých nukleárnych RNA (100 300 nukleotidov), spojených s heterogénnou jadrovou RNA, sú súčasťou malých ribonukleoproteínových granúl jadra; M.n.RNA sú nevyhnutnou súčasťou zostrihového systému ... ...
malé cytoplazmatické RNA- Malé (100-300 nukleotidov) molekuly RNA lokalizované v cytoplazme, podobne ako malá jadrová RNA. [Arefiev V.A., Lisovenko L.A. Anglický ruský vysvetľujúci slovník genetických pojmov 1995 407s.] Témy genetika EN scyrpsmalý cytoplazmatický ... ... Technická príručka prekladateľa
malá jadrová RNA triedy U- Skupina malých (od 60 do 400 nukleotidov) molekúl RNA spojených s proteínmi, ktoré tvoria významnú časť obsahu zostrihu a podieľajú sa na procese excízie intrónov; v 4 z 5 dobre študovaných typov Usn RNA U1, U2, U4 a U5 o 5 ... ... Technická príručka prekladateľa
RNA biomarkery- * Biomarkery RNA * Biomarkery RNA sú obrovské množstvo ľudských transkriptov, ktoré nekódujú syntézu proteínov (nsbRNA alebo npcRNA). Vo väčšine prípadov sú malé (miRNA, snoRNA) a dlhé (antisense RNA, dsRNA atď.) molekuly RNA ... ... genetika. encyklopedický slovník
knihy
- Kúpiť za 1877 UAH (iba Ukrajina)
- Klinická genetika. Učebnica (+CD), Bočkov Nikolaj Pavlovič, Puzyrev Valerij Pavlovič, Smirnikhina Svetlana Anatolyevna. Všetky kapitoly boli prepracované a doplnené v súvislosti s rozvojom lekárskej vedy a praxe. Kapitoly o multifaktoriálnych ochoreniach, prevencii, liečbe dedičných chorôb,…
Vedci sa domnievajú, že nesprávna expresia malých RNA je jednou z príčin množstva chorôb, ktoré vážne ovplyvňujú zdravie mnohých ľudí na celom svete. Medzi takéto ochorenia patria kardiovaskulárne 23 a onkologické 24 . Pokiaľ ide o druhú, nie je to prekvapujúce: rakovina naznačuje anomálie vo vývoji buniek a v ich osude a malé RNA zohrávajú kľúčovú úlohu v zodpovedajúcich procesoch. Tu je jeden z najviac odhaľujúcich príkladov obrovského vplyvu, ktorý majú malé RNA na telo pri rakovine. Hovoríme o zhubnom nádore, ktorý sa vyznačuje nesprávnou expresiou tých génov, ktoré pôsobia v počiatočnom vývoji organizmu, a nie v postnatálnom období. Ide o typ detského mozgového nádoru, ktorý sa zvyčajne objavuje pred dosiahnutím veku dvoch rokov. Žiaľ, ide o veľmi agresívnu formu rakoviny, ktorej prognóza je aj pri intenzívnej liečbe nepriaznivá. Onkologický proces sa vyvíja v dôsledku nesprávnej redistribúcie genetického materiálu v mozgových bunkách. Promótor, ktorý normálne spôsobuje silnú expresiu jedného z génov kódujúcich proteín, podlieha rekombinácii so špecifickým zhlukom malých RNA. Potom sa celá táto preusporiadaná oblasť zosilní: inými slovami, v genóme sa vytvorí veľa jej kópií. V dôsledku toho sú malé RNA umiestnené "downstream" ako premiestnený promótor exprimované oveľa viac, ako by mali. Úroveň obsahu aktívnych malých RNA je približne 150-1000 krát vyššia ako norma.
Ryža. 18.3. Alkoholom aktivované malé RNA sa môžu viazať na messengerové RNA, ktoré neovplyvňujú odolnosť tela voči alkoholu. Tieto malé RNA sa však neviažu na molekuly mediátorovej RNA, ktoré podporujú takúto rezistenciu. To vedie k relatívnej prevahe podielu molekúl mediátorovej RNA kódujúcich proteínové variácie spojené s rezistenciou na alkohol.
Tento klaster kóduje viac ako 40 rôznych malých RNA. V skutočnosti je to vo všeobecnosti najväčší z takýchto zhlukov, ktoré majú primáty. Zvyčajne sa prejavuje iba v ranom štádiu ľudského vývoja, v prvých 8 týždňoch embryonálneho života. Jeho silná aktivácia v mozgu dojčiat vedie ku katastrofálnemu účinku na genetickú expresiu. Jedným z dôsledkov je expresia epigenetického proteínu, ktorý pridáva modifikácie k DNA. To vedie k rozsiahlym zmenám v celom vzorci metylácie DNA, a tým k abnormálnej expresii všetkých druhov génov, z ktorých mnohé by sa mali prejaviť len vtedy, keď sa nezrelé mozgové bunky rozdelia počas raných štádií vývoja organizmu. Takto sa v bunkách dieťaťa spúšťa program rakoviny 25 .
Podobná komunikácia medzi malými RNA a epigenetickým hardvérom bunky môže mať významný vplyv na iné situácie, keď sa u buniek vyvinie predispozícia k rakovine. Tento mechanizmus pravdepodobne vedie k tomu, že efekt narušenia expresie malej RNA je zosilnený zmenou epigenetických modifikácií, ktoré sa prenášajú na dcérske bunky z matky. Týmto spôsobom možno vytvoriť schému potenciálne nebezpečných zmien v povahe génovej expresie.
Vedci zatiaľ neprišli na všetky štádiá interakcie malých RNA s epigenetickými procesmi, ale stále sa podarilo získať nejaké náznaky o vlastnostiach toho, čo sa deje. Napríklad sa ukázalo, že určitá trieda malých RNA, ktoré zvyšujú agresivitu rakoviny prsníka, sa zameriava na určité enzýmy v messengerových RNA, ktoré odstraňujú kľúčové epigenetické modifikácie. To mení vzorec epigenetických modifikácií v rakovinovej bunke a ďalej narúša genetickú expresiu26.
Mnoho foriem rakoviny je ťažké sledovať u pacienta. Onkologické procesy môžu prebiehať na ťažko dostupných miestach, čo komplikuje postup odberu. V takýchto prípadoch nie je pre lekára jednoduché sledovať vývoj rakovinového procesu a odpoveď na liečbu. Často sú lekári nútení spoliehať sa na nepriame merania – povedzme na tomografickú snímku nádoru. Niektorí vedci sa domnievajú, že malé molekuly RNA by mohli pomôcť vytvoriť novú techniku sledovania vývoja nádoru, ktorá umožňuje aj štúdium jeho pôvodu. Keď rakovinové bunky odumierajú, malé RNA opúšťajú bunku, keď praskne. Tieto malé nevyžiadané molekuly často tvoria komplexy s bunkovými proteínmi alebo sa obalia fragmentmi bunkových membrán. Z tohto dôvodu sú veľmi stabilné v telesných tekutinách, čo znamená, že takéto RNA je možné izolovať a analyzovať. Keďže ich počet je malý, výskumníci budú musieť použiť veľmi citlivé metódy analýzy. Nič tu však nie je nemožné: citlivosť sekvenovania nukleových kyselín sa neustále zvyšuje 27 . Boli publikované údaje potvrdzujúce prísľub tohto prístupu v súvislosti s rakovinou prsníka 28 , rakovinou vaječníkov 29 a množstvom iných onkologických ochorení. Analýza cirkulujúcich malých RNA u pacientov s rakovinou pľúc ukázala, že tieto RNA pomáhajú rozlíšiť medzi pacientmi s osamelým pľúcnym uzlom (ktorí nevyžadujú liečbu) a pacientmi, u ktorých sa vyvinú uzliny malígneho nádoru (vyžadujúce liečbu)30.
), ktoré bránia translácii mRNA na ribozómoch do proteínu, ktorý kóduje. V konečnom dôsledku je účinok malých interferujúcich RNA identický s účinkom jednoduchého zníženia génovej expresie.
Malé interferujúce RNA boli objavené v roku 1999 skupinou Davida Baulcombeho vo Veľkej Británii ako súčasť post-transkripčného systému umlčania génov v rastlinách (angl. PTGS, post-transkripčné umlčanie génov). Skupina zverejnila svoje zistenia v časopise Science.
Dvojvláknové RNA môžu zvýšiť expresiu génov prostredníctvom mechanizmu nazývaného aktivácia génu závislá od RNA. RNAa, aktivácia génu vyvolaná malou RNA). Ukázalo sa, že dvojvláknové RNA komplementárne k promótorom cieľových génov spôsobujú aktiváciu zodpovedajúcich génov. Aktivácia závislá od RNA po podaní syntetických dvojvláknových RNA bola preukázaná v ľudských bunkách. Nie je známe, či podobný systém existuje aj v bunkách iných organizmov.
So schopnosťou vypnúť v podstate akýkoľvek gén podľa vlastného uváženia vyvolala interferencia RNA založená na malých interferujúcich RNA obrovský záujem o základnú a aplikovanú biológiu. Počet rozsiahlych testov založených na RNAi na identifikáciu dôležitých génov v biochemických dráhach neustále rastie. Keďže vývoj chorôb je determinovaný aj aktivitou génov, očakáva sa, že v niektorých prípadoch môže mať vypnutie génu pomocou malej interferujúcej RNA terapeutický účinok.
Aplikácia RNA interferencie založenej na malých interferujúcich RNA na zvieratá, a najmä na ľudí, však čelí mnohým ťažkostiam. Experimenty ukázali, že účinnosť malých interferujúcich RNA je pre rôzne typy buniek rôzna: niektoré bunky ľahko reagujú na pôsobenie malých interferujúcich RNA a vykazujú pokles génovej expresie, zatiaľ čo u iných sa to napriek účinnej transfekcii nepozoruje. Dôvody tohto javu sú stále nedostatočne pochopené.
Výsledky prvej fázy skúšok prvých dvoch RNAi terapeutických liečiv (určených na liečbu makulárnej degenerácie), publikovaných koncom roka 2005, ukazujú, že liečivá na báze malých interferujúcich RNA sú pacientmi ľahko tolerované a majú prijateľné farmakokinetické vlastnosti.
Predbežné klinické štúdie malých interferujúcich RNA zameraných na vírus Ebola naznačujú, že môžu byť účinné pri postexpozičnej profylaxii ochorenia. Tento liek umožnil prežitie celej skupiny experimentálnych primátov, ktorí dostali smrteľnú dávku zairského ebolavírusu.
