РНК-интерференция и сайленсинг генов

Как двухцепочечная РНК запускает последовательно-специфический сайленсинг генов — защитный и регуляторный путь, который также является мощным лабораторным инструментом.

Definition

РНК-интерференция — это консервативный путь сайленсинга генов, при котором двухцепочечная РНК перерабатывается в короткие направляющие РНК, которые направляют белковый комплекс к комплементарным матричным РНК, что приводит к их расщеплению или репрессии трансляции.

Scope

Эта тема охватывает РНК-интерференцию и связанный с ней сайленсинг с участием малых РНК: запуск сайленсинга двухцепочечной РНК, её процессинг в малые интерферирующие РНК, действие эффекторного комплекса сайленсинга, а также биологические роли этого пути в защите от вирусов и транспозонов и в регуляции генов. Также отмечается использование РНК-интерференции в качестве экспериментальной и терапевтической стратегии. Эндогенные микроРНК более полно рассматриваются в разделе «Некодирующие РНК».

Core questions

• Как двухцепочечная РНК вызывает специфический сайленсинг генов?
• Как РНК-триггер перерабатывается в малые интерферирующие РНК?
• Что делает сайленсинг-комплекс с целевой мРНК?
• Каковы естественные роли РНК-интерференции и как она используется в лаборатории?

Key theories

Двухцепочечная РНК как триггер сайленсинга

Файр и Мелло показали, что двухцепочечная РНК, гораздо более мощно, чем любая из цепей по отдельности, подавляет соответствующий ген последовательно-специфическим образом, выявив РНК-интерференцию как определённый регуляторный путь.

Направляемый эффекторный сайленсинг

Длинная двухцепочечная РНК разрезается на короткие дуплексы, направляющая цепь которых программирует эффекторный комплекс на распознавание комплементарных мРНК, связывая специфичность последовательности с расщеплением или репрессией мРНК.

Mechanisms

Эндонуклеаза перерабатывает длинную двухцепочечную РНК в короткие дуплексы интерферирующей РНК, одна из цепей которых загружается в РНК-индуцированный сайленсинг-комплекс, содержащий белок Argonaute, в качестве направляющей. Направляющая РНК спаривается с комплементарными матричными РНК, направляя их расщепление при обширном спаривании или подавляя их трансляцию при частичном спаривании. Этот путь механистически пересекается с эндогенным сайленсингом микроРНК и может у некоторых организмов направлять сайленсинг на уровне хроматина, обеспечивая защиту от вирусов и мобильных элементов, а также регуляцию генов.

Clinical relevance

РНК-интерференция является стандартным инструментом для «выключения» генов в исследованиях и лежит в основе одобренных терапевтических средств на основе малых РНК; представлена как значимость, а не как клиническое руководство.

History

Демонстрация Файром и Мелло в 1998 году того, что двухцепочечная РНК вызывает мощный, специфический сайленсинг у C. elegans, определила РНК-интерференцию и принесла им Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 2006 году, после чего компоненты и применение этого пути были быстро разработаны.

Key figures

• Andrew Fire
• Craig Mello

Seminal works

• fire1998
• alberts2014

Frequently asked questions

Что запускает РНК-интерференцию?

Двухцепочечная РНК, соответствующая гену; она перерабатывается в короткие направляющие РНК, которые направляют сайленсинг матричной РНК этого гена.

Почему РНК-интерференция полезна в лаборатории?

Введение соответствующей двухцепочечной или малой интерферирующей РНК позволяет исследователям специфически снизить экспрессию выбранного гена для изучения его функции.