Apa itu interferensi RNA? Istilah ini mengacu pada sistem untuk mengendalikan aktivitas gen dalam sel eukariotik. Proses serupa terjadi karena molekul asam ribonukleat yang pendek (tidak lebih dari 25 nukleotida per rantai).
Interferensi RNA ditandai dengan penghambatan ekspresi gen pasca-transkripsi melalui penghancuran atau deadenilasi mRNA.
Signifikansi
Ditemukan di sel banyak eukariota: jamur, tumbuhan, hewan.
Gangguan
RNA dianggap sebagai cara penting untuk melindungi sel dari virus. Dia mengambil bagian dalam proses embriogenesis.
Karena sifat kuat dan selektif dari efek asam ribonukleat pada ekspresi gen, penelitian biologis yang serius dapat dilakukan pada organisme hidup, kultur sel.
Sebelumnya, interferensi RNA memiliki nama yang berbeda - kosupresi. Setelah studi rinci tentang proses ini, menerima Hadiah Nobel dalam Kedokteran untuk studi mekanisme terjadinya oleh Andrew Fire dan Craig Melo, proses ini diganti namanya.
Sejarah
Apa itu interferensi RNA? Penemuannya adalah karena pengamatan awal yang serius di bawah pengaruhpenghambatan ekspresi RNA antisense pada gen tanaman.
Beberapa waktu kemudian, ilmuwan Amerika memperoleh hasil yang luar biasa ketika transgen diperkenalkan ke petunia. Para peneliti mencoba untuk memodifikasi tanaman yang dianalisis sedemikian rupa untuk memberikan warna bunga yang lebih jenuh. Untuk melakukan ini, mereka memasukkan ke dalam sel salinan tambahan dari gen untuk enzim kalkon sintase, yang bertanggung jawab untuk pembentukan pigmen ungu.
Tetapi hasil penelitian ini benar-benar tidak terduga. Alih-alih penggelapan mahkota petunia yang diinginkan, bunga-bunga tanaman ini menjadi putih. Penurunan aktivitas enzim kalkon sintase disebut kosupresi.
Poin penting
Eksperimen berikut mengungkapkan efek pada proses penghambatan ekspresi gen pasca-transkripsi ini karena peningkatan tingkat degradasi mRNA.
Saat itu diketahui bahwa tanaman yang mengeluarkan protein khusus tidak rentan terhadap infeksi virus. Telah dibuktikan secara eksperimental bahwa memperoleh resistensi tersebut dicapai dengan memasukkan urutan RNA virus non-coding pendek ke dalam gen tanaman.
Interferensi RNA, mekanisme yang masih belum sepenuhnya dipahami, disebut "pembungkaman gen yang diinduksi virus."
Para ahli biologi mulai menyebut jumlah dari fenomena seperti penghambatan pasca-transkripsi ekspresi gen.
Andrew Fire dan rekan-rekannya berhasil membuktikan hubungan antara fenomena serupa dan pengenalan seperangkat semantikRNA dan antisense membentuk RNA untai ganda. Dialah yang diakui sebagai alasan utama munculnya proses yang dijelaskan.
Fitur mekanisme molekuler
Protein Giardia intestinalis Dicer dikatalisis dengan memotong RNA untai ganda untuk menghasilkan fragmen RNA kecil yang mengganggu. Domain RNAase berwarna hijau, domain PAZ berwarna kuning, dan heliks pengikat berwarna biru.
Penerapan interferensi RNA didasarkan pada jalur eksogen dan endogen.
Mekanisme pertama didasarkan pada genom virus atau merupakan hasil eksperimen laboratorium. RNA tersebut dipotong menjadi fragmen kecil di sitoplasma. Tipe kedua terbentuk selama ekspresi gen individu dari organisme hidup, misalnya, RNA pra-mikro. Ini melibatkan pembuatan struktur loop batang spesifik di dalam nukleus, membentuk mRNA yang berinteraksi dengan kompleks RISC.
RNA kecil yang mengganggu
Mereka adalah rantai yang terdiri dari 20-25 nukleotida dengan tonjolan nukleotida di ujungnya. Setiap rantai memiliki gugus hidroksil pada ujung 3' dan gugus fosfat pada bagian 5'. Struktur jenis ini terbentuk sebagai hasil kerja enzim Dicer pada RNA yang mengandung jepit rambut. Setelah pembelahan, fragmen menjadi bagian dari kompleks katalitik. Protein argonaut secara bertahap melepaskan dupleks RNA, yang berkontribusi untuk hanya menyisakan satu untai "panduan" di RISC. Ini memungkinkan kompleks efektor untuk mencari mRNA target tertentu. Saat bergabungTerjadi degradasi mRNA kompleks siRNA-RISC.
Molekul-molekul ini berhibridisasi dengan satu jenis mRNA target, menghasilkan pembelahan molekul.
mRNA
Interferensi RNA dan perlindungan tanaman adalah proses yang saling terkait.
mRNA terdiri dari 21-22 nukleotida berurutan asal endogen, yang terlibat dalam proses perkembangan individu organisme. Gen-gennya ditranskripsi untuk membentuk transkrip primer panjang transkrip pri-miRNA. Struktur ini berbentuk lingkaran batang, panjangnya terdiri dari 70 nukleotida. Mereka mengandung enzim dengan aktivitas RNase, serta protein yang mampu mengikat RNA untai ganda. Selanjutnya, transportasi ke sitoplasma terjadi, di mana RNA yang dihasilkan menjadi substrat untuk enzim Dicer. Pemrosesan dapat dilakukan dengan cara yang berbeda, tergantung pada jenis selnya.
Inilah cara kerja interferensi RNA. Penerapan proses belum sepenuhnya dieksplorasi.
Misalnya, dimungkinkan untuk menetapkan kemungkinan jalur pemrosesan mRNA yang berbeda, yang tidak bergantung pada Diser. Dalam hal ini, molekul dipotong oleh protein argonaut. Perbedaan antara miRNA dan siRNA adalah kemampuan untuk menghambat translasi dengan beberapa mRNA berbeda yang mengandung urutan asam amino yang serupa.
kompleks efektor RISC
gangguan RNA,fungsi biologis yang memungkinkan pemecahan banyak masalah yang berkaitan dengan kompleks protein, yang memastikan pembelahan mRNA selama interferensi. Kompleks RISC mempromosikan pembagian ATP menjadi beberapa fragmen.
Dengan bantuan analisis difraksi sinar-X, ditentukan bahwa melalui proses yang sedemikian kompleks dipercepat secara signifikan. Bagian katalitiknya dianggap sebagai protein argonaut, yang terlokalisasi di tempat-tempat tertentu di sitoplasma. Badan-P tersebut mewakili area dengan tingkat degradasi RNA yang signifikan; di dalamnya aktivitas mRNA tertinggi terdeteksi. Penghancuran kompleks tersebut disertai dengan penurunan efisiensi proses interferensi RNA.
Metode penekanan transkripsi
Selain aksinya pada tingkat penghambatan translasi, RNA juga berpengaruh pada transkripsi gen. Beberapa eukariota menggunakan cara ini untuk memastikan stabilitas struktur genom. Berkat modifikasi histon, dimungkinkan untuk mengurangi ekspresi gen di area tertentu, karena potongan seperti itu masuk ke dalam bentuk heterokromatin.
Interferensi RNA dan peran biologisnya merupakan masalah penting yang perlu dipelajari dan dianalisis secara serius. Untuk melakukan penelitian, bagian-bagian dari rantai yang bertanggung jawab untuk jenis pasangan dipertimbangkan.
Misalnya, untuk ragi, penekanan transkripsi dilakukan secara tepat oleh kompleks RISC, yang berisi fragmen Chp1 dengan chromodomain, argonaut, dan protein yang memilikifungsi yang tidak diketahui Tas3.
Untuk menginduksi pembentukan daerah heterokromatin, enzim Dicer, RNA polimerase, diperlukan. Pembagian gen tersebut menyebabkan pelanggaran metilasi histon, menyebabkan perlambatan pembelahan sel, atau penghentian total proses ini.
pengeditan RNA
Bentuk paling umum dari proses ini pada eukariota tingkat tinggi adalah proses pengubahan adenosin menjadi inosin, yang terjadi pada untai ganda RNA. Untuk melakukan transformasi tersebut, digunakan enzim adenosin deaminase.
Pada awal abad kedua puluh satu, sebuah hipotesis diajukan, yang menurutnya, mekanisme interferensi RNA dan pengeditan molekul diakui sebagai proses kompetitif. Studi mamalia menunjukkan bahwa pengeditan RNA dapat mencegah pembungkaman transgen.
Perbedaan antarorganisme
Itu terletak pada kemampuan untuk melihat RNA asing, menerapkannya selama interferensi. Untuk tanaman, efek ini bersifat sistemik. Bahkan dalam kasus pengenalan sedikit RNA, gen tertentu ditekan di seluruh tubuh. Dengan tindakan ini, sinyal RNA ditransmisikan antara sel-sel lain. RNA polimerase mengambil bagian dalam amplifikasinya.
Antara organisme terdapat perbedaan penggunaan gen asing dalam proses interferensi RNA.
Pada tumbuhan, proses transpor siRNA terjadi melalui plasmodesmata. Warisan efek RNA tersebut dipastikan dengan metilasi promotor gen tertentu.
Perbedaan utama antara mekanisme ini dantanaman adalah idealitas komplementaritas mRNA mereka, yang, bersama dengan kompleks RISC, berkontribusi pada degradasi lengkap molekul ini.
Fungsi biologis
Sistem yang dimaksud adalah komponen penting dari respons imun terhadap bahan asing. Misalnya, tanaman memiliki beberapa analog dari protein Dicer, yang digunakan untuk melawan banyak organisme virus.
RNA dapat dianggap sebagai mekanisme pertahanan antivirus yang didapat dari tumbuhan yang dipicu di seluruh tubuh.
Terlepas dari kenyataan bahwa protein Dicer jauh lebih sedikit diekspresikan dalam sel hewan, kita dapat berbicara tentang partisipasi RNA dalam respon antivirus.
Saat ini, respon imun yang terjadi pada tubuh manusia dan hewan telah dipelajari sebagian.
Para ahli biologi melanjutkan penelitian, mencoba tidak hanya untuk membuktikan mekanisme kemunculannya, tetapi juga untuk menemukan cara untuk mempengaruhi interaksi kekebalan. Jika berhasil menjelaskan semua nuansa interferensi RNA, para ilmuwan akan dapat mengontrol reaksi biokimia ini dan menciptakan mekanisme perlindungan terhadap benda asing.
