RNA: n aiheuttama äänenvaimennuskompleksi - RNA-induced silencing complex

RNA-indusoitu vaimentamiskompleksiin , tai RISC , on moniproteiinikompleksin , nimenomaan ribonukleoproteiini , joka toimii geeninhiljentämistä kautta eri reittejä on transkription ja translaation tasolla. Käyttämällä yksijuosteisia RNA (ssRNA) -fragmentteja, kuten mikroRNA: ta (miRNA) tai kaksijuosteista pientä häiritsevää RNA: ta (siRNA), kompleksi toimii keskeisenä työkaluna geenisäätelyssä. RNA: n yksittäinen juoste toimii mallina RISC: lle tunnistamaan komplementaarinen lähetti -RNA (mRNA) -transkripti . Kun löydetty, yksi RISC: n proteiineista, Argonaute , aktivoi ja katkaisee mRNA: n. Tätä prosessia kutsutaan RNA -häiriöksi (RNAi) ja sitä esiintyy monissa eukaryooteissa ; se on keskeinen prosessi puolustautumisessa virusinfektioita vastaan , koska sen laukaisee kaksijuosteinen RNA (dsRNA).

Löytö

Biokemiallinen tunnistaminen RISC suoritettiin Gregory Hannon ja hänen kollegansa Cold Spring Harbor Laboratory . Tämä oli vain pari vuotta sen jälkeen, kun Andrew Fire ja Craig Mello , jotka jakoivat vuoden 2006 fysiologian tai lääketieteen Nobelin palkinnon, havaitsivat RNA -häiriön vuonna 1998 .

Drosophila melanogaster

Hannon ja hänen kollegansa yrittivät tunnistaa RNAi -mekanismit, jotka liittyvät geenien vaimentamiseen dsRNA: iden avulla Drosophila -soluissa. Drosophila S2 -solut oli transfektoitu kanssa lacZ- ekspressiovektori määrällisesti geenin ilmentymisen kanssa β-galaktosidaasin aktiivisuus. Niiden tulokset osoittivat, että rinnakkaisinfektio lacZ dsRNA: n kanssa vähensi merkittävästi β-galaktosidaasin aktiivisuutta verrattuna kontrollin dsRNA: han. Siksi dsRNA: t kontrolloivat geeniekspressiota sekvenssin komplementaarisuuden kautta .

S2 -solut transfektoitiin sitten Drosophila cyclin E dsRNA: lla. Sykliini E on olennainen geeni solusyklin etenemiseen S -vaiheeseen . Sykliini E dsRNA pidätettiin solusyklin on G ₁ vaihe (ennen S-vaiheessa). Siksi RNAi voi kohdistaa endogeenisiin geeneihin.

Lisäksi sykliini E dsRNA vain vähentynyt sykliini E RNA - samanlainen tulos näytetään myös dsRNA: ta, joka vastaa sykliini A: joka toimii S, G ₂ ja M vaiheiden solusyklin. Tämä osoittaa RNAi: n tunnusomaisen tunnusmerkin: alennetut mRNA -tasot vastaavat lisätyn dsRNA: n tasoja.

Testatakseen, johtuiko heidän havaittujen alentuneiden mRNA -tasojensa seurauksena mRNA: n kohdistamisesta suoraan (kuten muiden järjestelmien tiedot viittaavat ), Drosophila S2 -solut transfektoitiin joko Drosophila cyclin E dsRNA: lla tai lacZ dsRNA: lla ja inkuboitiin sitten sykliini E: n synteettisten mRNA: iden kanssa tai lacZ .

Sykliini E dsRNA: lla transfektoidut solut osoittivat vain hajoamista sykliini E -transkripteissä - lacZ -transkriptit olivat stabiileja. Päinvastoin, lacZ dsRNA: lla transfektoidut solut osoittivat hajoamista vain lacZ -transkripteissä eivätkä sykliini E -transkripteissä. Niiden tulokset saivat Hannonin ja hänen kollegansa ehdottamaan, että RNAi hajottaa kohde-mRNA: ta "sekvenssispesifisen nukleaasiaktiivisuuden " kautta. Ne kutsutaan nukleaasi entsyymi RISC.

Toiminta RNA -häiriöissä

Argonaute-proteiinin PIWI-domeeni kompleksissa kaksijuosteisen RNA: n kanssa.

SiRNA/miRNA: n sisällyttäminen

RNaasi III Dicer on kriittinen jäsen RISC, joka aloittaa RNA-interferenssiä tuottamalla kaksijuosteisen siRNA tai yksijuosteista miRNA. DsRNA: n entsymaattinen pilkkominen solun sisällä tuottaa lyhyitä siRNA-fragmentteja, joiden pituus on 21-23 nukleotidia ja joissa on kahden nukleotidin 3 ' uloke. Dicer käsittelee samalla tavalla myös pre-miRNA: ta, joka muodostaa hiusneulalenkin rakenteen jäljittelemään dsRNA: ta. dsRNA -fragmentit ladataan RISC: hen, ja jokaisella juosteella on erilainen kohtalo epäsymmetrisääntöilmiön perusteella, jolloin yksi juoste valitaan opas juosteeksi toisen suhteen termodynaamisen vakauden perusteella. Äskettäin luotu miRNA tai siRNA toimivat yksijuosteisina ohjaussekvensseinä RISC: lle kohdistamaan mRNA: ta hajoamista varten.

• Säike, jolla on vähemmän termodynaamisesti vakaa 5' -pää, valitaan Argonaute -proteiinilla ja integroidaan RISC: hen. Tämä juoste tunnetaan ohjaavana juosteena ja kohdistaa mRNA: n hajoamiseen.
• RISC heikentää toista osa -aluetta, joka tunnetaan matkustajaosana.

Osa RNA -häiriöreitistä eri tavoilla, joilla RISC voi hiljentää geenejä lähetti -RNA: nsa kautta.

Geenien säätely

RISC: n, Ago2: n, SND1: n ja AEG-1: n tärkeimmät proteiinit toimivat ratkaisevasti tekijöinä kompleksin geeninvaimennustoiminnassa.

RISC käyttää miRNA: n tai siRNA: n ohjainlankaa kohdistaakseen mRNA-transkriptien komplementaariset 3'-kääntämättömät alueet (3'UTR) Watson-Crick-emäsparin kautta , jolloin se voi säätää mRNA-transkriptin geeniekspressiota useilla tavoilla.

mRNA: n hajoaminen

RISC: n ymmärrettävin tehtävä on kohde -mRNA: n hajoaminen, mikä vähentää transkriptitasoja, joita ribosomit voivat kääntää . RISC: n ohjauslankaa komplementaarisen mRNA: n endonukleolyyttinen katkaisu Argonaute -proteiinilla on avain RNAi: n aloittamiseen. MRNA: n hajoamiselle on kaksi päävaatimusta:

• lähes täydentävä vastaavuus ohjainlangan ja kohde-mRNA-sekvenssin välillä, ja
• katalyyttisesti aktiivinen Argonaute -proteiini, jota kutsutaan "viipaloijaksi" kohde -mRNA: n katkaisemiseksi.

MRNA: n hajoamisella on kaksi pääreittiä katkaisun jälkeen. Molemmat aloitetaan mRNA: n poly (A) hännän hajoamisen seurauksena , mikä johtaa mRNA: n 5' -korkin poistamiseen.

• 5'-to-3' hajoamista transkriptin tapahtuu XRN1 eksonukle- on sytoplasman elimiä, P-elimet .
• Transkriptin 3'-5'-hajoaminen suoritetaan eksosomilla ja Ski-kompleksilla .

Käännösten sorto

RISC voivat moduloida lastaus ribosomin ja lisävaruste tekijät käännös ja repressoivat ilmentymisen sitoutuneen mRNA-transkripti. Translaation tukahduttaminen vaatii vain osittaisen sekvenssin vastaavuuden ohjainlangan ja kohde -mRNA: n välillä.

Käännöstä voidaan säätää aloitusvaiheessa seuraavasti:

• estää eukaryoottisen translaation aloitustekijän (eIF) sitoutumisen 5' -korkkiin . On havaittu, että RISC voi lopettaa 3' -poly (A) hännän kuoleman, mikä voi edistää tukahduttamista 5' -korkin kautta.
• 60S ribosomaalisen alayksikön sitoutumisen estäminen mRNA: han voi estää translaation.

Käännöstä voidaan säätää aloittamisen jälkeisissä vaiheissa seuraavasti:

• peptidien hajoaminen,
• edistämällä translaation ribosomien ennenaikaista lopettamista tai
• venymä hidastuu.

Vielä spekuloidaan, ovatko translaation tukahduttaminen aloittamisen ja aloittamisen jälkeen toisensa poissulkevat.

Heterokromatiinin muodostuminen

Jotkut RISCs pystyvät suoraan kohdistamaan genomiin rekrytoimalla histoni metyylitransferaasit muodostamiseksi heterokromatiini geeni- lokuksessa , vaientaa geenin. Nämä RISC: t ovat RNA: n indusoiman transkription vaimentavan kompleksin (RITS) muodossa. Paras tutkittu esimerkki on hiiva RITS.

RITS: n on osoitettu ohjaavan heterokromatiinin muodostumista sentromeereillä tunnistamalla sentromeeriset toistot. Yhdistämällä siRNA: n (ohjainlanka) emäspariksi kohdekromatiinisekvensseihin histonimodifioivia entsyymejä voidaan värvätä.

Mekanismia ei ymmärretä hyvin; RITS kuitenkin hajottaa syntyviä mRNA -transkripteja. On ehdotettu, että tämä mekanismi toimii "itseään vahvistavana takaisinkytkentäsilmukana ", koska RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi (RdRp) käyttää hajoavia syntyviä transkripteja lisää siRNA: ita varten.

In Schizosaccharomyces pombe ja Arabidopsis , käsittely dsRNA tavoitteet huomioon siRNA Dicer RNaasit voi aloittaa geenin hiljentäminen reitin Hetero- kromatiinin muodostumista. AGG4: nä tunnettu Argonaute -proteiini on vuorovaikutuksessa pienten RNA: iden kanssa, jotka määrittelevät heterokromaattisia sekvenssejä. Histoni metyyli transferaasi (HMT), H3K9 , methylates histonin H3 ja rekrytoi chromodomain proteiinien metylaatiokohtia. DNA -metylaatio ylläpitää geenien vaimentamista, kun heterokromatiinisekvenssit voidaan luoda tai levittää.

DNA: n poistaminen

SiRNA tuottamat RISCs näyttää olevan rooli alentava DNA aikana somaattiset macronucleus kehitystä alkueläinten Tetrahymenan . Se on samanlainen kuin heterokromatiinin muodostumisen epigeneettinen valvonta, ja sen oletetaan puolustavan hyökkääviä geneettisiä elementtejä vastaan.

Samanlainen kuin heterokromatiinin muodostuminen S. pombessa ja Arabidopsisissa , Tetrahymena  -proteiini, joka liittyy Argonaute -perheeseen, Twi1p, katalysoi kohdesekvenssien DNA -eliminaation, joka tunnetaan nimellä sisäiset eliminaatiosekvenssit (IES). Metyylitransferaaseja ja kromodomeeniproteiineja käyttämällä IES: t heterokromatisoidaan ja eliminoidaan DNA: sta.

RISC: hen liittyvät proteiinit

RISC: n koko rakenne on edelleen ratkaisematta. Monissa tutkimuksissa on raportoitu erilaisia ​​kokoja ja komponentteja RISC: lle, mutta ei ole täysin varmaa, johtuuko tämä useiden RISC -kompleksien olemassaolosta vai eri tutkimusten eri lähteistä.

Ago, Argonaute; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster -ortologi nisäkkään p68 -RNA: n purkamisesta; eIF2C1, eukaryoottisen translaation aloitustekijä 2C1; eIF2C2, eukaryoottisen translaation aloitustekijä 2C2; Fmr1/Fxr, D. hauraan X-henkisen hidastumisen proteiinin melanogaster- ortologi; miRNP, miRNA-proteiinikompleksi; NR, ei ilmoitettu; Tsn, Tudor-stafylokokki-nukleaasi; Vig, vasa intronic -geeni.

Täyspitkä argonauttiproteiini Pyrococcus furiosus -lajista .

Siitä huolimatta on ilmeistä, että Argonaute -proteiineja on läsnä ja ne ovat välttämättömiä toiminnalle. Lisäksi on tietoa joistakin kompleksin avainproteiineista (Argonauten lisäksi), joiden avulla RISC voi suorittaa tehtävänsä.

Argonaute -proteiinit

Argonauttiproteiinit ovat prokaryooteissa ja eukaryooteissa esiintyvien proteiinien perhe . Niiden toiminta prokaryooteissa on tuntematon, mutta eukaryooteissa ne ovat vastuussa RNAi: sta. Ihmisen Argonauteissa on kahdeksan perheenjäsentä, joista vain Argonaute 2 osallistuu yksinomaan kohdennettuun RNA: n pilkkomiseen RISC: ssä.

RISC-latauskompleksi mahdollistaa dsRNA-fragmenttien (Dicerin tuottaman) lataamisen ladattavaksi Argonaute 2: een (TRBP: n avulla) osana RNA-häiriöreittiä.

RISC-latauskompleksi

RISC-latauskompleksi (RLC) on olennainen rakenne, jota tarvitaan dsRNA-fragmenttien lataamiseen RISC: hen mRNA: n kohdentamiseksi. RLC koostuu diceristä, transaktivoivasta vaste-RNA: ta sitovasta proteiinista ( TRBP ) ja Argonaute 2: sta.

• Dicer on RNaasi III -endonukleaasi, joka tuottaa ladattavia dsRNA -fragmentteja, jotka ohjaavat RNAi: ta.
• TRBP on proteiini, jossa on kolme kaksijuosteista RNA: ta sitovaa domeenia .
• Argonaute 2 on RNaasi ja RISC: n katalyyttinen keskus.

Dicer toimii TRBP: n ja Argonaute 2: n kanssa helpottaakseen Dicerin tuottamien dsRNA -fragmenttien siirtoa Argonaute 2: een.

Uusimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että ihmisen RNA -helikaasi A voi auttaa helpottamaan RLC: tä.

Muut proteiinit

Äskettäin tunnistetut RISC: n jäsenet ovat SND1 ja MTDH . SND1 ja MTDH ovat onkogeenejä ja säätelevät erilaisia ​​geeniekspressioita.

Ago, Argonaute; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster -ortologi nisäkkään p68 -RNA: n purkamisesta; eIF2C1, eukaryoottisen translaation aloitustekijä 2C1; eIF2C2, eukaryoottisen translaation aloitustekijä 2C2; Fmr1/Fxr, D. hauraan X-henkisen hidastumisen proteiinin melanogaster- ortologi; Tsn, Tudor-stafylokokki-nukleaasi; Vig, vasa intronic -geeni.

MRNA: n sitoutuminen

Kaavio RISC -aktiivisuudesta miRNA: iden kanssa

Vielä on epäselvää, miten aktivoitu RISC -kompleksi paikantaa mRNA -kohteet solussa, vaikka on osoitettu, että prosessi voi tapahtua tilanteissa, jotka eivät ole käynnissä mRNA: n proteiinien translaation ulkopuolella.

Endogeenisesti ekspressoitu miRNA metasoaaneissa ei yleensä täydennä täydellisesti suurta määrää geenejä ja siten ne moduloivat ekspressiota translaation tukahduttamisen avulla. Kuitenkin laitoksissa , prosessi on paljon suurempi spesifisyys kohde- mRNA- ja yleensä jokainen miRNA vain sitoutuu yhteen mRNA: han. Suurempi spesifisyys tarkoittaa, että mRNA: n hajoaminen tapahtuu todennäköisemmin.

Katso myös

• RNA: n aiheuttama transkription vaimennus (RITS)
• RNA -häiriö

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit

• RNA-indusoitu+vaimennus+-kompleksi Yhdysvaltain kansallisessa kirjastossa Medical Subject Headings (MeSH)