Дължината на siRNA е 21-25 bp; те се образуват от dsRNA. Източникът на такава РНК могат да бъдат вирусни инфекции, генетични конструкции, въведени в генома, дълги фиби в транскриптите и двупосочна транскрипция на транспозируеми елементи.
dsRNAs се нарязват от RNase Dicer на 21-25 bp фрагменти. с 3" краища, изпъкнали от 2 нуклеотида, след което една от веригите е част от RISC и насочва разрязването на хомоложни РНК. RISC съдържа siRNA, съответстващи както на плюс-, така и на минус-вериги на dsRNA. siRNAs нямат свои собствени гени и представляват фрагменти от по-дълги РНК. siRNAs насочват изрязването на целевата РНК, тъй като са напълно комплементарни към нея. При растенията, гъбите и нематодите РНК-зависимите РНК полимерази участват в потискането на генната експресия, за което също и siRNAs служат като праймери (семена за синтеза на нова РНК Получената dsRNA се нарязва с Dicer, образуват се нови siRNAs, които са вторични, като по този начин се усилва сигнала. 
РНК интерференция
През 1998 г. Крейг С. Мело и Андрю Файър публикуват в Nature, в които се посочва, че двуверижните РНК (dsRNAs) са в състояние да потиснат генната експресия. По-късно се оказа, че активният принцип в този процес е късата едноверижна РНК. Механизмът на потискане на генната експресия от тези РНК се нарича
РНК интерференция и заглушаване на РНК. Такъв механизъм е открит във всички големи таксони на еукариоти: гръбначни и безгръбначни, растения и гъби. През 2006 г. беше присъдена Нобелова награда за това откритие.
Потискането на експресията може да се случи на ниво транскрипция или след транскрипция. Оказа се, че във всички случаи е необходим подобен набор от протеини и къси (21-32 bp) РНК.
siRNAs регулират генната активност по два начина. Както беше обсъдено по-горе, те насочват разрязването на целеви РНК. Това явление се нарича "потискане" ( потискане) в гъби, " пост-транслационно генно заглушаване"в растенията и" РНК интерференция
" при животни. siRNAs с дължина 21-23 bp са включени в тези процеси. Друг вид ефект - siRNAs са в състояние да потискат транскрипцията на гени, съдържащи хомоложни siRNA последователности. Това явление се нарича заглушаване на транскрипционния ген
(TGS) и се намира в дрожди, растения и животни. siRNAs също насочват ДНК метилиране, което води до образуването на хетерохроматин и транскрипционна репресия. TGS е най-добре проучен в дрождите S. pombe, където е установено, че siRNAs се вмъкват в RISC-подобен протеинов комплекс, наречен RITS. В неговия случай, както и в случая на RISC, siRNA взаимодейства с протеин от семейството AGO. Вероятно siRNA е в състояние да насочи този комплекс към ген, който съдържа хомоложен siRNA фрагмент. След това RITS протеините набират метилтрансферази, в резултат на което се образува хетерохроматин в локуса, кодиращ целевия ген на siRNA, и активната генна експресия спира. 
Роля в клетъчните процеси
Какво е значението на siRNA в клетката?
siRNAs участват в клетъчната защита срещу вируси, трансгенна репресия, регулиране на някои гени и образуване на центромерен хетерохроматин. Важна функция на siRNA е потискането на експресията на мобилни генетични елементи. Такова потискане може да се случи както на ниво транскрипция, така и след транскрипция.
Геномът на някои от вирусите се състои от ДНК, при някои от тях - от РНК, освен това РНК във вирусите може да бъде както едноверижна, така и двуверижна. Процесът на разрязване на чуждата (вирусна) иРНК в този случай протича по същия начин, както е описано по-горе, т.е. чрез активиране на RISC ензимния комплекс. Въпреки това, за да бъдат по-ефективни, растенията и насекомите са измислили уникален начин за засилване на защитния ефект на siRNA. Като се присъедини към веригата на иРНК, областта на siRNA може с помощта на ензимния комплекс DICER първо да завърши втората верига на иРНК и след това да я разреже на различни места, създавайки по този начин разнообразие от "вторични" siRNA. Те от своя страна образуват RISC и пренасят иРНК през всички етапи, обсъдени по-горе, до пълното й унищожаване. Такива "вторични" молекули ще могат специфично да се свързват не само с мястото на вирусната иРНК, към което е насочена "първичната" молекула, но също така и към други места, което драстично повишава ефективността на клетъчната защита.
Така в растенията и по-нисшите животински организми siRNAs са важна връзка в един вид „вътреклетъчен имунитет“, който им позволява да разпознават и бързо унищожават чуждата РНК. В случай, че в клетката влезе вирус, съдържащ РНК, такава защитна система ще предотврати размножаването му. Ако вирусът съдържа ДНК, системата siRNA ще попречи на производството му на вирусни протеини (тъй като необходимата за това иРНК ще бъде разпозната и отрязана) и използването на тази стратегия ще забави разпространението му в тялото.
При бозайниците, за разлика от насекомите и растенията, действа и друга защитна система. Когато чужда РНК, чиято дължина е повече от 30 bp, навлезе в "зряла" (диференцирана) клетка на бозайник, клетката започва да синтезира интерферон. Интерферонът, свързващ се със специфични рецептори на клетъчната повърхност, е в състояние да стимулира цяла група гени в клетката. В резултат на това в клетката се синтезират няколко вида ензими, които инхибират синтеза на протеини и разцепват вирусната РНК. В допълнение, интерферонът може да действа върху съседни, все още неинфектирани клетки, като по този начин блокира възможното разпространение на вируса.
Както можете да видите, и двете системи са сходни в много отношения: имат обща цел и "методи" на работа. Дори самите имена "интерферон" и "(РНК) интерференция" идват от общ корен. Но те имат и една много съществена разлика: ако интерферонът, при първите признаци на инвазия, просто "замрази" работата на клетката, предотвратявайки (за всеки случай) производството на много, включително "невинни" протеини в клетката, тогава системата siRNA е изключително разбираема: всяка siRNA ще разпознае и унищожи само своята собствена специфична иРНК. Заместването само на един нуклеотид в siRNA води до рязко намаляване на ефекта на интерференцията . Нито един от известните досега генни блокери няма такава изключителна специфичност по отношение на своя целеви ген.
Откриването на РНК интерференцията даде нова надежда в борбата срещу СПИН и рак. Възможно е чрез използване на siRNA терапия заедно с традиционната антивирусна терапия да се постигне потенциращ ефект, когато два ефекта водят до по-изразен терапевтичен ефект от простата сума на всеки от тях, приложен поотделно.
За да се използва механизмът на сиРНК интерференция в клетките на бозайници, готови двуверижни siRNA молекули трябва да бъдат въведени в клетките. Оптималният размер на такива синтетични siRNAs е същите 21-28 нуклеотида. Ако увеличите дължината му, клетките ще реагират с производството на интерферон и намаляване на протеиновия синтез. Синтетичните siRNAs могат да влязат както в заразени, така и в здрави клетки и намаляването на производството на протеин в неинфектирани клетки би било силно нежелателно. От друга страна, ако се опитате да използвате siRNA, по-малка от 21 нуклеотида, специфичността на нейното свързване с желаната иРНК и способността за образуване на RISC комплекс са рязко намалени.
Ако по един или друг начин е възможно да се достави siRNA, която има способността да се свързва с която и да е част от генома на ХИВ (която, както знаете, се състои от РНК), можете да опитате да предотвратите интегрирането й в ДНК на клетка гостоприемник. Освен това учените разработват начини за въздействие върху различните етапи на репродукцията на ХИВ в вече заразена клетка. Последният подход няма да осигури лечение, но може значително да намали скоростта на репродукция на вируса и да даде на притиснатата в ъгъла имунна система шанс да „почине“ от вирусната атака и да се опита да се справи с остатъците от самата болест. На фигурата тези два етапа на репродукция на ХИВ в клетката, които, както се надяват учените, могат да бъдат блокирани с помощта на siRNA, са маркирани с червени кръстове (етапи 4-5 - вграждане на вируса в хромозомата и етапи 5-6 - сглобяване на вируса и излизане от клетката). 
Към днешна дата обаче всичко изброено по-горе се отнася само за областта на теорията. На практика, siRNA терапията среща трудности, които учените все още не са успели да заобиколят. Например, в случай на антивирусна терапия, високата специфичност на siRNA може да изиграе жестока шега: както е известно, вирусите имат способността бързо да мутират, т.е. променят състава на техните нуклеотиди. В това особено успешен е ХИВ, чиято честота на промените е такава, че при човек, заразен с един подтип на вируса, след няколко години може да се изолира напълно различен подтип. В този случай модифицираният щам на HIV автоматично ще стане нечувствителен към siRNA, избрана в началото на терапията.
Стареене и канцерогенеза
Както всеки епигенетичен фактор, siRNAs влияят върху експресията на гени, които ги правят „мълчаливи“. Сега има произведения, които описват експерименти за изключване на гени, свързани с тумори. Гените се изключват (нокдаун) с помощта на siRNA. Например, китайски учени са използвали siRNA, за да изключат гена на транскрипционния фактор 4 (TCF4), чиято активност причинява синдром на Пит-Хопкинс (много рядко генетично заболяване, характеризиращо се с умствена изостаналост и епизоди на хипервентилация и апнея) и други психични заболявания. В тази работа изследвахме ролята на TCF4 в раковите клетки на стомаха. Ектопичната експресия на TCF4 намалява клетъчния растеж в клетъчните линии на рак на стомаха, а нокаутът на siRNA на TCF4 гена увеличава клетъчната миграция. По този начин може да се заключи, че епигенетичното заглушаване на гена TCF4 играе важна роля в образуването и развитието на тумора.
Според изследвания в отдела по онкология, Център за рак на Алберт Айнщайн, ръководен от Леонард Х. Аугенлихт, siRNA участва в изключване на гена HDAC4, което причинява инхибиране на растежа на рак на дебелото черво, апоптоза и повишена транскрипция на p21. HDAC4 е хистон деацетилаза, която е тъканно специфична, потиска клетъчната диференциация и се регулира надолу по време на процеса на клетъчна диференциация. Работата показва, че HDAC4 е важен регулатор на пролиферацията на клетките на дебелото черво (което е важно в процеса на рак) и той от своя страна се регулира от siRNA.
Катедрата по патология на Медицинския факултет на Медицинския университет в Нара в Япония проведе изследване върху рака на простатата. Репликативното клетъчно стареене е бариера срещу неконтролираното делене и канцерогенезата. Краткотрайните делящи се клетки (TAC) са част от клетъчната популация на простатата, от която се развива туморът. Японски учени изследвали причините, поради които тези клетки преодоляват стареенето. Клетките на простатата в културата бяха трансфектирани с junB siRNA. В тези клетки се наблюдава повишено ниво на експресия на p53, p21, p16 и pRb, което се открива по време на стареене. Клетките в културата, които показват намалени нива на р16, се използват за следващата стъпка. Повтарящата се трансфекция на siRNA в TAC позволява на клетките да избегнат стареенето при p16/pRb инактивиране. В допълнение, заглушаването на junB протоонкогена от junB siRNA причинява клетъчна инвазия. Въз основа на това беше направено заключението, че junB е елемент за p16 и насърчава клетъчното стареене, предотвратявайки злокачествеността (злокачествеността) на TAC. По този начин junB е регулатор на канцерогенезата на простатата и може да бъде цел за терапевтична интервенция. А активността му може да се регулира с помощта на siRNA.
Провеждат се много такива проучвания. В момента siRNA е не само обект, но и инструмент в ръцете на медицински изследовател, биолог, онколог и геронтолог. Изучаването на връзката на siRNA с онкологични заболявания, с експресията на свързани с възрастта гени, е най-важната задача за науката. Измина много малко време от откриването на siRNA и колко интересни проучвания и публикации, свързани с тях, се появиха. Няма съмнение, че тяхното изследване ще се превърне в една от стъпките на човечеството към победата над рака и стареенето...
Статия за конкурса "био/мол/текст": През последните години РНК - и особено нейните "некласически" разновидности - привлече вниманието на биолозите по целия свят. Оказа се, че регулирането с помощта на некодиращи РНК е широко разпространено – от вируси и бактерии до хора. Изследването на разнообразието от малки бактериални РНК регулатори ясно показа тяхната важна роля както в междинния метаболизъм, така и в адаптивните отговори. Тази статия описва разновидностите на малки РНК на бактерии и механизмите за регулиране, осъществявани с тяхна помощ. Особено се акцентира върху ролята на тези молекули в жизнената активност на бактериалните агенти, причиняващи особено опасни инфекции.
РНК: повече от просто копие на ДНК
Повечето от читателите на този сайт познават основните механизми на живата клетка от училище. От законите на Мендел до най-съвременните проекти за секвениране на генома, идеята за магистърска генетична програма за развитие на организъм, известна на професионалните биолози като централна догма на молекулярната биология. В него се посочва, че ДНК молекулата действа като носител и пазител на генетична информация, която чрез посредник - матрична РНК (мРНК) и с участието на рибозомна (рРНК) и трансферна РНК (тРНК) - се реализира под формата на протеини . Последните определят вида и индивидуалния фенотип.
Това състояние на нещата и приписването на РНК на ролята на вторичен участник в молекулярния спектакъл се запазва в научната общност до 80-те години на миналия век. По-внимателно разглеждане на РНК беше принудено от работата на Т. Чек, който показа, че РНК може да действа като катализатор за химични реакции. По-рано се смяташе, че ускоряването на химичните процеси в клетката е прерогатив на ензимите, които имат изключително протеинова природа. Откриването на каталитичната активност в РНК имаше далечни последствия – заедно с по-ранната теоретична работа на К. Уозе и , направи възможно да се направи възможна картина на пребиотичната еволюция на нашата планета. Факт е, че след откриването на функцията на носител на генетична информация в ДНК, дилемата за това, което се появи по-рано в хода на еволюцията - ДНК или протеинът, необходим за възпроизвеждането на ДНК - изглеждаше почти толкова философска (т.е. безсмислено) като въпросът за първенството на външния вид на пилето или яйцето. След откритието на Т. Чек решението придобива съвсем реални очертания – открита е молекула, която притежава свойствата както на информационен носител, така и на биокатализатор (макар и в зародиш). С течение на времето тези изследвания се превърнаха в цяло направление в биологията, изучаващо появата на живота през призмата на така наречения „РНК свят“.
Така стана очевидно, че древният свят на РНК може да бъде свързан с произхода и разцвета на първичния живот. Независимо от това, от това не следва автоматично, че РНК в съвременните организми не е архаизъм, адаптиран към нуждите на вътреклетъчните молекулярни системи, а наистина важен член на молекулярния ансамбъл на клетката. Само разработването на молекулярни методи - по-специално секвениране на нуклеинови киселини - показа, че РНК са наистина незаменими в клетката, а не само под формата на каноничното триединство "мРНК, рРНК, тРНК". Вече първите обширни данни за секвенирането на ДНК посочиха факт, който в началото изглеждаше труден за обяснение - повечето от тях се оказаха некодиращи- т.е. не носи информация за протеинови молекули или "стандартна" РНК. Разбира се, това може частично да се отдаде на „генетичен боклук“ – „изключен“ или фрагменти от генома, които са загубили своята функция. Но изглежда нелогично да се запази такова количество „зестра“ за биологични системи, които се опитват да използват енергията икономично.
Наистина, по-подробни и фини методи на изследване направиха възможно откриването на цял клас РНК регулатори на генната експресия, които частично запълват междугенното пространство. Дори преди да прочетете пълните последователности на еукариотния геном в кръглия червей C. elegansИзолирани са miRNAs - молекули с малка дължина (около 20 нуклеотида), които могат специфично да се свързват с mRNA региони според принципа на комплементарност. Лесно е да се досетите, че в такива случаи с иРНК вече не е възможно да се чете информация за кодираните протеини: рибозомата просто не може да „промине“ през такъв сайт, който внезапно е станал двойно-верижен. Този механизъм за потискане на генната експресия, наречен РНК интерференция, вече е анализиран достатъчно подробно за "биомолекулата". Към днешна дата са открити хиляди микроРНК и други некодиращи РНК молекули (piRNA, snoRNA, nanoRNA и др.). При еукариотите (включително хората) те са разположени в междугенни региони. Установена е важната им роля в клетъчната диференциация, канцерогенезата, имунния отговор и други процеси и патологии.
Малките РНК са "троянски кон" за бактериалните протеини
Въпреки факта, че кодиращите протеини РНК в бактериите са открити много по-рано от първите подобни регулатори в еукариотите, тяхната роля в метаболизма на бактериалните клетки е била забулена за научната общност за дълго време. Това е разбираемо - традиционно бактериалната клетка се смяташе за по-примитивна и по-малко мистериозна структура за изследователя, чиято сложност не може да се сравни с купчина структури в еукариотна клетка. Освен това в бактериалните геноми съдържанието на некодираща информация е само няколко процента от общата дължина на ДНК, достигайки максимум 40% при някои микобактерии. Но като се има предвид, че микроРНК се намират дори във вирусите, те трябва да играят важна регулаторна роля в бактериите и дори повече.
Оказа се, че в прокариотите има доста малки РНК регулатори. Обикновено всички те могат да бъдат разделени на две групи:
- РНК молекули, които трябва да се свържат с протеини, за да изпълняват своята функция.
- РНК, които се свързват комплементарно с други РНК (по-голямата част от известните регулаторни РНК молекули).
В първата група се изолират малки РНК, за които свързването с протеини е възможно, но не е необходимо. Добре известен пример е РНКаза Р (РНКаза Р), която действа като рибозим върху "зряла" тРНК. Въпреки това, ако RNase P може да функционира без протеинов компонент, тогава за други малки РНК от тази група, свързването с протеин е задължително (а те самите всъщност са кофактори). Например, tmRNA активира сложен протеинов комплекс, действащ като „главен ключ“ за „заседнала“ рибозома - ако информационната РНК, от която се извършва четенето, е приключила, но стоп кодонът не е бил открит.
Известен е и още по-интригуващ механизъм за директно взаимодействие на малки РНК с протеини. Протеините, които се свързват с "традиционните" нуклеинови киселини, са широко разпространени във всяка клетка. Прокариотната клетка не е изключение. Например, неговите хистон-подобни протеини помагат за правилното пакетиране на ДНК веригата, а специфичните репресорни протеини имат афинитет към операторната област на бактериалните гени. Доказано е, че тези репресори могат да бъдат инхибирани от малки РНК, които имитират ДНК свързващи места, естествени за тези протеини. Така върху малката CsrB РНК (фиг. 1) има 18 места за примамка, които пречат на CsrA репресорния протеин да достигне истинската си цел, гликогеновия оперон. Между другото, сред репресорните протеини, „загубени“ поради такива малки РНК, има регулатори на глобалните метаболитни пътища, което прави възможно умножаването на инхибиторния сигнал на малките РНК. Например, това прави малката РНК 6S, която „имитира” протеиновия фактор σ 70. Чрез конфигурационна "измама" чрез заемане на свързващите центрове на РНК полимеразата със сигма фактор, той забранява експресията на "домашенските" гени.
Фигура 1. Биоинформатично прогнозирана вторична структура на CsrB малка РНК от Вибрион холера M66-2.Малките РНК са едноверижни молекули, но, както при други РНК, сгъването в стабилна пространствена структура е придружено от образуването на места, където молекулата хибридизира върху себе си. Наричат се множество завои на конструкцията под формата на отворени пръстени фиби. В някои случаи комбинацията от фиби позволява на РНК да действа като "гъба" чрез нековалентно свързване на определени протеини. Но по-често, молекули от този тип пречат на ДНК или РНК; в този случай се нарушава пространствената структура на малката РНК и вече се образуват нови места на хибридизация с целевата молекула. Топлинната карта отразява вероятността, че съответната нуклеотидна двойка наистина ще бъде свързана чрез вътрешномолекулна водородна връзка; за несдвоени места - вероятността за образуване на водородни връзки с всякакви места в молекулата. Изображение, получено с помощта на програмата РНК сгъване.
Малки РНК на бактерии пречат... и то много успешно!
Механизмът, по който действат регулаторите от втората група, като цяло е подобен на този на еукариотните регулаторни РНК - това е същата РНК интерференция чрез хибридизация с иРНК, само че самите вериги на малки РНК често са по-автентични - до няколко сто нуклеотиди ( см.ориз. едно). В резултат на това, поради малка РНК, рибозомите не могат да четат информация от иРНК. Въпреки че често, изглежда, дори не се стига до това: получените комплекси от „малка РНК-тРНК“ стават цел на РНКази (тип РНКаза Р).
Компактността и плътността на пакетиране на прокариотния геном се усещат: ако при еукариотите повечето от регулаторните РНК са записани в отделни (най-често некодиращи протеинови) локуси, тогава много малки бактериални РНК могат да бъдат кодирани в същата ДНК област като репресиран ген, но от противоположната страна.вериги! Такива РНК се наричат cis-кодирани(антисенс) и малки РНК, лежащи на известно разстояние от репресираната ДНК област - транскодиран. Очевидно подреждането на цис-РНК може да се счита за триумф на ергономията: те могат да бъдат разчетени от противоположната ДНК верига в момента на нейното развиване едновременно с целевия транскрипт, което прави възможно фин контрол на количеството синтезиран протеин.
Малките транс РНК се развиват независимо от целевата иРНК и последователността на регулатора се променя по-силно в резултат на мутации. Възможно е такова подреждане да е „под ръка“ само за бактериалната клетка, тъй като малката РНК придобива активност срещу нехарактерни по-рано цели, което намалява разходите за време и енергия за създаването на други регулатори. От друга страна, селекционният натиск не позволява на транс-малката РНК да мутира твърде много, тъй като тя ще загуби активност. Въпреки това, повечето транс-малки РНК изискват помощник, протеинът Hfq, за хибридизиране с информационна РНК. Очевидно в противен случай непълната комплементарност на малка РНК може да създаде проблеми за свързването с целта.
Очевидно потенциалният механизъм на регулиране, базиран на принципа "една малка РНК - много мишени", помага за интегрирането на бактериалните метаболитни мрежи, което е изключително необходимо при условия на кратък едноклетъчен живот. Човек може да продължи да спекулира по темата и да приеме, че транскодирани малки РНК се използват за изпращане на изразни "инструкции" от функционално свързани, но физически отдалечени локуси. Необходимостта от този вид генетично „поискване“ логично обяснява големия брой малки РНК, открити в патогенните бактерии. Например, няколкостотин малки РНК бяха открити в рекордьора за този показател - холера вибрион ( Вибрион холера). Това е микроорганизъм, който може да оцелее в заобикалящата ги водна среда (както прясна, така и солена), и върху водни мекотели, и в риби, и в човешките черва - тук не можете без сложна адаптация с помощта на регулаторни молекули!
CRISPR за бактериално здраве
Малките РНК също са намерили приложение при решаването на друг жизненоважен проблем за бактериите. Дори и най-зловредните патогенни коки и бацили могат да бъдат безсилни пред опасността от специални вируси – бактериофаги, които могат да унищожат бактериалната популация със светкавична скорост. Многоклетъчните организми имат специализирана система за защита срещу вируси - имунен, посредством клетките и веществата, които те отделят, предпазвайки организма от натрапници (включително такива с вирусно естество). Бактериалната клетка е самотник, но не е толкова уязвима, колкото може да изглежда на пръв поглед. Пазителите на рецептите за поддържане на антивирусния имунитет на бактериите са локусите CRISPR- клъстерни редовно-прекъснати кратки палиндромни повторения ( групирани, редовно разположени къси палиндромни повторения) (фиг. 2; ). В прокариотните геноми всяка CRISPR касета е представена от водеща последователност дълга няколкостотин нуклеотида, последвана от серия от 2–24 (понякога до 400) повторения, разделени от спейсър региони, подобни по дължина, но уникални по нуклеотидна последователност. Дължината на всеки разделител и повторение не надвишава сто базови двойки.
Фигура 2. CRISPR локус и обработка на съответната му малка РНК във функционален транскрипт.В генома CRISPR- касетата е представена от разделители, преплетени (на фигурата те са обозначени като sp), частично хомоложни области на фаговата ДНК и повторения ( от) Дължина 24–48 bp, показваща диадична симетрия. За разлика от повторенията, спейсерите в рамките на един и същи локус са еднакви по дължина (при различните бактерии това може да бъде 20-70 нуклеотида), но се различават по нуклеотидна последователност. Разделите „-spacer-repeat-“ могат да бъдат доста дълги и да се състоят от няколкостотин връзки. Цялата структура е фланкирана от едната страна от водещата последователност ( LP, няколкостотин базови двойки). Наблизо са Cas-гени ( ° С RISPR-катоасоцииран) организиран в оперон. Протеините, прочетени от тях, изпълняват редица спомагателни функции, осигурявайки обработка на прочетения от тях препис CRISPR-локус, неговата успешна хибридизация с фаговата ДНК мишена, включване на нови елементи в локуса и др. CrRNA, образувана в резултат на многоетапна обработка, хибридизира с ДНК област (долната част на фигурата), инжектирана от фага в бактерията. Това заглушава транскрипционната машина на вируса и го спира да се размножава в прокариотната клетка.
Подробен механизъм на произхода на всичко CRISPR-locus тепърва ще се изследва. Но към днешна дата е предложена схематична диаграма на появата на разделители, най-важните структури в неговия състав. Оказва се, че „ловците на бактерии“ биват бити със собствените си оръжия – нуклеинови киселини, или по-скоро „трофейна“ генетична информация, получена от бактериите от фагите в предишни битки! Факт е, че не всички фаги, които влизат в бактериална клетка, се оказват фатални. ДНК на такива фаги (вероятно свързани с умерените фаги) се разрязва от специални Cas протеини (техните гени фланкират CRISPR) на малки фрагменти. Някои от тези фрагменти ще бъдат вградени в CRISPRлокуси на генома "гостоприемник". И когато фаговата ДНК отново влезе в бактериалната клетка, тя се среща с малка РНК от CRISPR-locus, в този момент експресиран и обработен от Cas протеини. Това е последвано от инактивиране на вирусна генетична информация съгласно механизма на РНК интерференция, вече описан по-горе.
От хипотезата за образуването на дистанционери не става ясно защо са необходими повторения между тях, в рамките на един и същ локус, малко по-различен по дължина, но почти идентичен по последователност? Тук има голямо поле за въображение. Може би, без повторения, би било проблематично да се разделят генетичните данни на семантични фрагменти, подобно на сектори на твърд диск на компютъра, и тогава машината за транскрипция ще има достъп до строго определени области CRISPR-локусът ще стане труден? Или може би повторенията опростяват процесите на рекомбинация, когато се вмъкнат нови елементи от фаговата ДНК? Или са „препинателни знаци“, които са незаменими за обработката на CRISPR? Както и да е, биологичната причина, обясняваща поведението на бактериалната клетка по начина на Плюшкин на Гогол, ще бъде открита навреме.
CRISPR, като "хроника" на връзката между бактерия и фаг, може да се използва във филогенетични изследвания. Така наскоро извършеното въвеждане според CRISPRнаправи възможно да се разгледа еволюцията на отделните щамове на чумния микроб ( Yersinia pestis). Изследването им CRISPR- „родословията“ хвърлят светлина върху събитията отпреди половин хиляда години, когато щамове навлязоха в Монголия от територията, която сега принадлежи на Китай. Но не за всички бактерии, и по-специално за патогени, този метод е приложим. Въпреки скорошните доказателства за прогнозирани CRISPR-обработващи протеини при туларемия ( Francisella tularensis) и холера, самият CRISPR, ако присъства в техния геном, не е многоброен. Може би фагите, предвид положителния им принос за придобиването на вирулентност от патогенни представители на бактериалното царство, не са толкова вредни и опасни, че да бъдат защитени от тях с помощта на CRISPR? Или вирусите, които атакуват тези бактерии, са твърде разнообразни и стратегията за „намеса“ на РНК имунитета срещу тях е безплодна?
Фигура 3. Някои механизми на работа на рибосключовете.Рибопревключвателите (рибопревключвателите) са вградени в информационната РНК, но се отличават с голяма свобода на конформационно поведение в зависимост от специфични лиганди, което дава основание да се разглеждат рибосключовете като независими единици от малки РНК. Промяната в конформацията на експресионната платформа засяга мястото на влизане на рибозомата върху иРНК ( RBS) и в резултат на това определя наличността на цялата иРНК за разчитане. Рибопревключвателите са до известна степен подобни на домейна на оператора в класическия модел лак-оперон - но само аптамерните региони обикновено се регулират от субстанции с ниско молекулно тегло и превключват работата на гена на нивото на иРНК, а не на ДНК. а - При липса на лиганди, рибосключватели btuB (преносител на кобаламин)и thiM (зависим от тиамин пирофосфат), които извършват ненуклеолитична репресия на иРНК, се „включват“ ( НА) и оставете рибозомата да свърши своето. Свързване на лиганд към рибосключ ( ИЗКЛ-позиция) води до образуването на фиби, което прави това място недостъпно за рибозомата. б - Лизин Рибосуич lysCв отсъствието на лиганд също се включва ( НА). Изключването на рибозомата блокира достъпа на рибозомата до иРНК. Но за разлика от рибопревключвателите, описани по-горе, в лизиновия превключвател, когато превключвателят е изключен, зоната се отрязва от специален RNase комплекс ( деградиращо) и цялата иРНК се използва, като се разпада на малки фрагменти. Репресията на рибосключа в този случай се нарича нуклеолитична ( нуклеолитичен) и е необратим, защото за разлика от примера ( а ), обратно превключване (назад към НА) вече не е възможно. Важно е да се отбележи, че използването на група от „ненужни“ иРНК може да бъде постигнато по този начин: рибосключът е подобен на част от детски конструктор и цяла група от функционално свързани шаблонни молекули могат да имат подобни превключватели в структура.
Riboswitch - сензор за бактерии
И така, има малки РНК, асоцииращи протеини, има малки РНК, които пречат на собствената иРНК на бактериите, както и РНК, уловена от бактерии от вируси и потискат фаговата ДНК. Възможно ли е да си представим някакъв друг механизъм на регулиране с помощта на малки РНК? Оказва се, че да. Ако анализираме горното, ще се установи, че във всички случаи на антисенс регулация, интерференцията на малка РНК и целта се наблюдава в резултат на хибридизация на две индивидуаленмолекули. Защо не подредите малка РНК в самия препис? Тогава е възможно чрез промяна на конформацията на такъв "погрешно боравен казак" вътре в иРНК да се промени достъпността на целия шаблон за разчитане по време на транслация или, което е още по-целесъобразно енергийно, да се регулира биосинтезата на иРНК, т.е. транскрипция!
Такива структури са широко присъстващи в бактериалните клетки и са известни като рибосключове ( рибосключ). Те се намират преди началото на кодиращата част на гена, в 5' края на иРНК. Условно в състава на рибопревключвателите могат да се разграничат два структурни мотива: аптамерна област, отговорен за свързването с лиганда (ефектор) и платформа за изразяване, осигуряващ регулиране на генната експресия чрез прехода на иРНК към алтернативни пространствени структури. Например, такъв ключ (тип "изключен") се използва за работа лизин оперон: при излишък на лизин той съществува под формата на „заплетена“ пространствена структура, която блокира четенето от оперона, а при недостиг на лизин рибосключът се „развива“ и се синтезират протеини, необходими за биосинтеза на лизин (фиг. 3 ).
Описаната схематична диаграма на устройството рибосключ не е канон, има опции. Любопитен "превключващ" тандем рибосключ е открит в Vibrio cholerae: платформата за изразяване се предхожда от две наведнъж aptamer сайтове. Очевидно това осигурява по-голяма чувствителност и по-плавен отговор при появата на друга аминокиселина в клетката – глицин. Вероятно „двойният“ рибосключ в генома на антракса е индиректно замесен във високата степен на оцеляване на бактерията ( Bacillus anthracis). Той реагира на съединението, което е жизненоважно за този микроб – тиамин пирофосфат, който е част от минималната среда.
В допълнение към превключването на метаболитните пътища в зависимост от „менюто“, достъпно за бактериалната клетка, рибосключовете могат да бъдат сензори за бактериална хомеостаза. По този начин те се наблюдават в регулирането на наличността на гени за четене, когато функционирането на транслационната система вътре в клетката е нарушено (например такива сигнали като появата на „незаредени” tRNA и „дефектни” (застояли) рибозоми), или когато се променят факторите на околната среда (например повишаване на температурата). ).
Нямате нужда от протеини, дайте ни РНК!
И така, какво означава наличието на такова разнообразие от малки РНК регулатори в рамките на една бактерия? Това показва ли отхвърляне на концепцията, когато главните "мениджъри" са протеини, или наблюдаваме друга модна тенденция? Явно нито едното, нито другото. Разбира се, някои малки РНК са глобални регулатори на метаболитните пътища, като споменатия CsrB, който заедно с CsrC участва в регулирането на съхранението на органичен въглерод. Но, като се вземе предвид принципът на дублиране на функции в биологичните системи, малките РНК на бактериите могат да се сравняват повече с „антикризисен мениджър“, отколкото с генерален директор. Така че, в условия, когато е необходимо за оцеляването на микроорганизма бързпреконфигуриране на вътреклетъчния метаболизъм, тяхната регулаторна роля може да се окаже решаваща и по-ефективна от тази на протеините със сходни функции. По този начин регулаторите на РНК са по-вероятно отговорни за бързата реакция, която е по-малко стабилна и надеждна, отколкото в случая на протеини: не трябва да забравяме, че малката РНК поддържа своята 3D структура и се задържа върху инхибираната матрица чрез слаби водородни връзки.
Косвено потвърждение на тези тези могат да бъдат вече споменатите малки РНК на холерния вибрион. За тази бактерия навлизането в човешкото тяло не е желана цел, а очевидно е спешен случай. Производството на токсини и активирането на други пътища, свързани с вирулентността, в този случай е само защитна реакция срещу агресивното противопоставяне на околната среда и клетките на тялото на „външни“. "Спасителите" тук са малки РНК - например QRr, които помагат на вибриона да модифицира стратегията за оцеляване при стресови условия, променяйки колективното поведение. Тази хипотеза може да бъде индиректно потвърдена и от откриването на малка РНК VrrA, която се синтезира активно, когато в тялото присъстват вибриони и потиска производството на Omp мембранни протеини. „Скритите” мембранни протеини в началната фаза на инфекцията могат да помогнат за избягване на мощен имунен отговор от човешкото тяло (фиг. 4).
Фигура 4. Малки РНК в прилагането на патогенните свойства на Vibrio cholerae. а - Vibrio cholerae се чувства добре и се размножава добре във водна среда. Човешкото тяло вероятно не е основната екологична ниша за този микроб. б - Пренасянето по водния или хранителния път на предаване на инфекцията в агресивна среда - тънките черва на човека - вибрионите по отношение на организацията на поведение започват да приличат на псевдоорганизъм, чиято основна задача е да сдържат имунния отговор и да създават благоприятна среда за колонизация. Мембранните везикули са от голямо значение за координирането на действията в бактериалната популация и тяхното взаимодействие с тялото. До края неизследваните фактори на околната среда в червата са сигнали за експресията на малки РНК във вибриони (например VrrA). В резултат на това се задейства механизмът на образуване на везикули, които са неимуногенни с нисък брой вибрио клетки в червата. В допълнение към описания ефект, малките РНК помагат да се „скрият“ Omp мембранни протеини, които са потенциално провокативни за човешката имунна система. С непрякото участие на малки РНК Qrr1-4 се задейства интензивно производство на холерен токсин (не е показано на фигурата), което допълва спектъра от адаптивни реакции на холерния вибрион. в - Вече след няколко часа броят на бактериалните клетки се увеличава и пулът от малки VrrA РНК намалява, което вероятно води до излагане на мембранни протеини. Броят на "празните" везикули също постепенно намалява и на този етап те се заменят с имуногенни, доставени до ентероцитите. Очевидно това е част от "плана" за изпълнение на сложен сигнал, чийто смисъл е да провокира евакуацията на вибриони от човешкото тяло. NB: съотношението на размерите на бактериалните клетки и ентероцитите не се наблюдава.
Интересно е да се види как нашето разбиране за малките РНК регулатори ще се промени, когато бъдат получени нови данни на платформите RNAseq, включително за свободно живеещи и некултурни форми. Последната работа, използваща "дълбоко секвениране", вече даде неочаквани резултати, което показва наличието на miRNA-подобни молекули в мутантни стрептококи. Разбира се, такива данни трябва да бъдат внимателно проверени, но както и да е, може да се каже с увереност, че изследването на малки РНК в бактериите ще донесе много изненади.
Благодаря
Оригиналните идеи и композиционен дизайн при създаването на заглавната фигура, както и фигура 4, принадлежат на E.A. Наличието на фигура 2 в статията е заслуга на доцента на катедрата. зоология SFedU G.B. Бахтадзе. Той също така извърши научна корекция и ревизия на заглавната фигура и фигура 4. Авторът им изказва дълбоката си благодарност за търпението и творческия подход към въпроса. Специални благодарности на моя колега, ст.н.с лаборатория Биохимия на микробите на Ростовския институт за борба с чумата Сорокин В.М. за обсъждане на текста на статията и за ценни коментари.
литература
- Карл Уозе (1928–2012) ;;. 80 , 1148-1154;
- Р. Р. Брейкър. (2012). Рибопревключватели и РНК свят. Перспективи на Cold Spring Harbor в биологията. 4 , a003566-a003566;
- Дж. Патрик Бардил, Брайън К. Хамър. (2012). Некодиращите sRNAs регулират вирулентността в бактериалния патоген Vibrio cholerae. РНК биология. 9 , 392-401;
- Хеон-Джин Лий, Су-Хюнг Хонг. (2012). Анализ на малки РНК с размер на микроРНК в Streptococcus mutans чрез дълбоко секвениране. FEMS Microbiol Lett. 326 , 131-136;
- М.-П. Карон, Л. Бастет, А. Лусие, М. Симоно-Рой, Е. Мас, Д. А. Лафонтен. (2012). Рибопревключвател с двойно действие на инициирането на транслация и разпадането на иРНК. Известия на Националната академия на науките. 109 , E3444-E3453.
), предотвратявайки транслацията на иРНК върху рибозомите в протеина, който кодира. В крайна сметка ефектът на малките интерфериращи РНК е идентичен с този на простото намаляване на генната експресия.
Малките интерфериращи РНК са открити през 1999 г. от групата на Дейвид Балкомб в Обединеното кралство като компонент на системата за заглушаване на гени след транскрипция в растенията (англ. PTGS, пост-транскрипционно генно заглушаване). Групата публикува своите открития в списание Science.
Двуверижните РНК могат да увеличат генната експресия чрез механизъм, наречен РНК-зависима генна активация. RNAa, малка РНК-индуцирана генна активация). Доказано е, че двойноверижните РНК, комплементарни на промоторите на целеви гени, предизвикват активиране на съответните гени. РНК-зависимо активиране при прилагане на синтетични двойноверижни РНК е показано в човешки клетки. Не е известно дали подобна система съществува в клетките на други организми.
Със способността да се изключва по същество всеки ген по желание, РНК интерференцията, базирана на малки интерфериращи РНК, генерира огромен интерес в основната и приложна биология. Броят на широкообхватни RNAi-базирани анализи за идентифициране на важни гени в биохимичните пътища непрекъснато нараства. Тъй като развитието на заболявания се определя и от активността на гените, се очаква, че в някои случаи изключването на ген с малка интерферираща РНК може да има терапевтичен ефект.
Въпреки това, прилагането на РНК интерференция, основаваща се на малки интерфериращи РНК, към животните, и по-специално към хората, е изправена пред много трудности. Експериментите показват, че ефективността на малките интерфериращи РНК е различна за различните видове клетки: някои клетки лесно реагират на действието на малки интерфериращи РНК и показват намаляване на генната експресия, докато при други това не се наблюдава, въпреки ефективната трансфекция. Причините за това явление все още са слабо разбрани.
Резултатите от първата фаза на изпитванията на първите две RNAi терапевтични лекарства (предназначени за лечение на макулна дегенерация), публикувани в края на 2005 г., показват, че лекарствата, базирани на малки интерфериращи РНК, се понасят лесно от пациентите и имат приемливи фармакокинетични свойства.
Предварителни клинични проучвания на малки интерфериращи РНК, насочени към вируса на Ебола, показват, че те могат да бъдат ефективни за постекспозиционна профилактика на заболяването. Това лекарство позволи оцеляването на цялата група експериментални примати, които са получили смъртоносна доза заирски еболавирус.
Разрушаването на прицелната иРНК може да се случи и под действието на малка интерферираща РНК (малка интерферираща РНК, siRNA). РНК интерференцията е едно от новите революционни открития в молекулярната биология и нейните автори получиха Нобелова награда през 2002 г. за нея. Интерфериращите РНК се различават рязко по структура от другите видове РНК и представляват две комплементарни РНК молекули с дължина приблизително 21-28 азотни бази, които са свързани помежду си като вериги в ДНК молекула. В същото време два несдвоени нуклеотида винаги остават в краищата на всяка от веригите на siRNA. Въздействието се извършва по следния начин. Когато молекулата siRNA е вътре в клетката, на първия етап тя се свързва в комплекс с два вътреклетъчни ензима - хеликаза и нуклеаза. Този комплекс се наричаше RISC ( РНЕ- ииндуциран с ilencing ° Скомплекс; мълчание - англ мълчи, мълчи; Silence - мълчание, както се нарича процесът на "изключване" на ген в английската и специалната литература). След това хеликазата се развива и разделя siRNA нишките и една от нишките (антисенс по структура) в комплекс с нуклеазата специфично взаимодейства с комплементарния (стриктно съответстващ му) сайт на целевата иРНК, което позволява на нуклеазата да я отреже на две части. Изрязаните участъци от иРНК са допълнително изложени на действието на други клетъчни РНК нуклеази, които допълнително ги нарязват на по-малки парчета.
siRNA, открита в растенията и низшите животински организми (насекоми), е важна връзка в един вид "вътреклетъчен имунитет", който позволява да се разпознава и бързо унищожава чуждата РНК. В случай, че в клетката влезе вирус, съдържащ РНК, такава защитна система ще предотврати размножаването му. Ако вирусът съдържа ДНК, системата siRNA ще попречи на производството му на вирусни протеини (тъй като необходимата за това иРНК ще бъде разпозната и отрязана) и използването на тази стратегия ще забави разпространението му в тялото. Установено е, че системата siRNA е изключително дискриминираща: всяка siRNA ще разпознае и унищожи само своята собствена специфична иРНК. Заместването само на един нуклеотид в siRNA води до рязко намаляване на интерференционния ефект. Нито един от известните досега генни блокери няма такава изключителна специфичност по отношение на своя целеви ген.
В момента този метод се използва главно в научни изследвания за идентифициране на функциите на различни клетъчни протеини. Въпреки това, потенциално може да се използва и за създаване на лекарства.
Откриването на РНК интерференцията даде нова надежда в борбата срещу СПИН и рак. Възможно е чрез използване на siRNA терапия заедно с традиционните антивирусни и противоракови терапии да се постигне ефект на потенциране, когато две лечения водят до по-изразен терапевтичен ефект от простата сума на всяко от тях, приложено поотделно.
За да се използва механизмът на siRNA-интерференция в клетките на бозайници за терапевтични цели, в клетките трябва да бъдат въведени готови двуверижни siRNA молекули. Съществуват обаче редица проблеми, които в момента не позволяват това да се направи на практика и още повече да се създадат някакви лекарствени форми. Първо, в кръвта те са засегнати от първия ешелон на защитата на тялото, ензимите - нуклеази, които отрязват потенциално опасни и необичайни двойни нишки от РНК за нашето тяло. Второ, въпреки името си, малките РНК са все още доста дълги и най-важното е, че носят отрицателен електростатичен заряд, което прави невъзможно пасивното им проникване в клетката. И трето, един от най-важните въпроси е как да накараме siRNA да работи (или да проникне) само в определени („болни“) клетки, без да засяга здравите? И накрая проблемът с размера. Оптималният размер на такива синтетични siRNA е същите 21-28 нуклеотида. Ако увеличите дължината му, клетките ще реагират с производството на интерферон и намаляване на протеиновия синтез. От друга страна, ако се опитате да използвате siRNA, по-малка от 21 нуклеотида, специфичността на нейното свързване с желаната иРНК и способността за образуване на RISC комплекс са рязко намалени. Трябва да се отбележи, че преодоляването на тези проблеми е от решаващо значение не само за siRNA терапията, но и за генната терапия като цяло.
Вече е постигнат известен напредък в справянето с тях. Например, учените се опитват да направят молекулите на siRNA повече липофилен, тоест способни да се разтварят в мазнините, които изграждат клетъчната мембрана, и по този начин да улеснят проникването на siRNA в клетката. И за да осигурят специфичността на работата само в определени тъкани, генните инженери включват специални регулаторни региони в своите структури, които се активират и започват да четат информацията, съдържаща се в такава структура (и следователно siRNA, ако е включена там), само в клетки на определени тъкани.
Така изследователи от Медицинското училище в Сан Диего към Калифорнийския университет (University of California, San Diego School of Medicine) са разработили нова ефективна система за доставяне на малка интерферираща РНК (siRNA), която потиска производството на определени протеини, в клетките . Тази система трябва да стане основа за технологията за доставяне на специфично лекарство към различни видове ракови тумори. „Малки интерфериращи РНК, които осъществяват процеса на така наречената РНК интерференция, имат невероятен потенциал за лечение на рак“, обяснява професор Стивън Дауди, който ръководи изследването: „и въпреки че все още имаме много да правим, в момента ние са разработили технологията за доставка на лекарства до популация от клетки - както първичен тумор, така и метастази, без да увреждат здравите клетки.
В продължение на много години Дауди и неговите колеги изучават противораковия потенциал на малки интерфериращи РНК. Въпреки това, конвенционалните siRNAs са малки, отрицателно заредени молекули, които поради своите свойства са изключително трудни за доставяне в клетката. За да постигнат това, учените използваха късия сигнален протеин PTD (пептиден трансдукционен домейн). Повече от 50 "хибридни протеини" бяха създадени преди това с неговото използване, в които PTD беше комбиниран с протеини, потискащи туморния растеж.
Обаче, простата връзка на siRNA с PTD не води до доставянето на РНК в клетката: siRNAs са отрицателно заредени, PTDs са положително заредени, което води до образуването на плътен РНК-протеинов конгломерат, който не се транспортира през клетъчната мембрана . Така изследователите първо свързват PTD с протеинова РНК-свързващ домен, който неутрализира отрицателния заряд на siRNA (което води до слят протеин, наречен PTD-DRBD). Такъв РНК-протеинов комплекс вече лесно преминава през клетъчната мембрана и навлиза в клетъчната цитоплазма, където специфично инхибира протеините на информационната РНК, които активират туморния растеж.
За да определят способността на слетия протеин PTD-DRBD да доставя siRNA в клетките, учените са използвали клетъчна линия, получена от човешки рак на белия дроб. След третиране на клетки с PTD-DRBD-siRNA беше установено, че туморните клетки са най-податливи на siRNA, докато в нормалните клетки (като контроли са използвани Т-клетки, ендотелни клетки и ембрионални стволови клетки), където няма повишени производство на онкогенни протеини, не са наблюдавани токсични ефекти.
Този метод може да бъде подложен на различни модификации, като се използват различни siRNAs за потискане на различни туморни протеини, не само свръхпродуцирани, но и мутирали. Възможно е също така да се модифицира терапията в случай на рецидивиращи тумори, които обикновено стават резистентни към химиотерапевтичните лекарства поради нови мутации.
Онкологичните заболявания са много променливи и молекулярните характеристики на протеините на туморните клетки са индивидуални за всеки пациент. Авторите на работата смятат, че в тази ситуация използването на малки интерфериращи РНК е най-рационалният подход към терапията.
Учените смятат, че неправилната експресия на малки РНК е една от причините за редица заболявания, които сериозно засягат здравето на много хора по света. Сред такива заболявания са сърдечно-съдовите 23 и онкологичните 24 . Що се отнася до последното, това не е изненадващо: ракът показва аномалии в развитието на клетките и в тяхната съдба, а малките РНК играят решаваща роля в съответните процеси. Ето един от най-показателните примери за огромното въздействие, което малките РНК имат върху тялото при рак. Става дума за злокачествен тумор, който се характеризира с неправилна експресия на онези гени, които действат по време на първоначалното развитие на организма, а не в постнаталния период. Това е вид мозъчен тумор в детска възраст, който обикновено се появява преди навършване на две години. Уви, това е много агресивна форма на рак и прогнозата тук е неблагоприятна дори при интензивно лечение. Онкологичният процес се развива в резултат на неправилно преразпределение на генетичния материал в мозъчните клетки. Промотор, който обикновено причинява силна експресия на един от протеин-кодиращите гени, претърпява рекомбинация със специфичен клъстер от малки РНК. След това целият този пренареден регион се усилва: с други думи, много негови копия се създават в генома. Следователно малките РНК, разположени "надолу по веригата" от преместения промотор, се експресират много повече, отколкото трябва. Нивото на съдържание на активни малки РНК е приблизително 150-1000 пъти по-високо от нормата.
Ориз. 18.3.Малките РНК, активирани с алкохол, могат да се свържат с информационните РНК, които не влияят на резистентността на организма към алкохол. Но тези малки РНК не се свързват с молекулите на информационната РНК, които насърчават такава резистентност. Това води до относително преобладаване на дела на молекулите на информационната РНК, кодиращи протеинови вариации, свързани с резистентност към алкохол.
Този клъстер кодира над 40 различни малки РНК. Всъщност това като цяло е най-големият от тези клъстери, които имат приматите. Обикновено се изразява само в ранен етап от човешкото развитие, през първите 8 седмици от ембрионалния живот. Силното му активиране в мозъка на бебето води до катастрофален ефект върху генетичната експресия. Едно следствие е експресията на епигенетичен протеин, който добавя модификации към ДНК. Това води до широкообхватни промени в целия модел на метилиране на ДНК, а оттам и до анормална експресия на всякакви гени, много от които трябва да се експресират само когато незрелите мозъчни клетки се делят по време на ранните етапи на развитие на организма. Така се стартира програмата за рак в клетките на бебето 25 .
Подобна комуникация между малки РНК и епигенетичния хардуер на клетката може да има значително влияние върху други ситуации, когато клетките развиват предразположение към рак. Този механизъм вероятно води до факта, че ефектът от нарушаването на експресията на малка РНК се засилва чрез промяна на епигенетичните модификации, които се предават на дъщерните клетки от майката. По този начин може да се формира схема на потенциално опасни промени в характера на генната експресия.
Досега учените не са разбрали всички етапи на взаимодействието на малки РНК с епигенетични процеси, но някои намеци за особеностите на случващото се все още успяват да се получат. Например, се оказа, че определен клас малки РНК, които повишават агресивността на рака на гърдата, са насочени към определени ензими в информационните РНК, които премахват ключови епигенетични модификации. Това променя модела на епигенетичните модификации в раковата клетка и допълнително нарушава генетичната експресия 26 .
Много форми на рак са трудни за проследяване при пациент. На труднодостъпни места могат да протичат онкологични процеси, което усложнява процедурата по вземане на проби. В такива случаи не е лесно за лекаря да следи развитието на раковия процес и отговора на лечението. Често лекарите са принудени да разчитат на индиректни измервания - да речем, на томографско сканиране на тумор. Някои изследователи смятат, че малките РНК молекули могат да помогнат за създаването на нова техника за наблюдение на развитието на тумора, което също така дава възможност да се изследва неговият произход. Когато раковите клетки умрат, малките РНК напускат клетката, когато тя се разкъса. Тези малки ненужни молекули често образуват комплекси с клетъчни протеини или се увиват във фрагменти от клетъчни мембрани. Поради това те са много стабилни в телесните течности, което означава, че такива РНК могат да бъдат изолирани и анализирани. Тъй като техният брой е малък, изследователите ще трябва да използват много чувствителни методи за анализ. Тук обаче няма нищо невъзможно: чувствителността на секвенирането на нуклеинова киселина непрекъснато нараства 27 . Публикувани са данни, потвърждаващи обещанието на този подход по отношение на рак на гърдата 28 , рак на яйчниците 29 и редица други онкологични заболявания. Анализът на циркулиращите малки РНК при пациенти с рак на белия дроб показа, че тези РНК помагат за разграничаването на пациенти с единичен белодробен възел (които не се нуждаят от терапия) и пациенти, които развиват злокачествени туморни възли (изискващи лечение) 30 .
