Дължината на siRNA е 21-25 bp; те се образуват от dsRNA. Източникът на такива 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 публикуваха 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 РНК заглушаване. 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 участват в тези процеси. Друг вид ефект, siRNAs, са в състояние да потиснат 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 гена мишена 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 транскрипционно ниво, така и след транскрипционно.
Геномът на някои от вирусите се състои от ДНК, в 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, регионът 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, като по този начин създава 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 към мястото на вирусната иРНК, към което е насочена "първичната" молекула, но също 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 вирус, съдържащ РНК, влезе в клетката, такава защитна система ще предотврати размножаването й. 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 siRNA е същите 21-28 нуклеотида. Ако увеличите дължината му, клетките ще реагират с производството на интерферон и намаляване на протеиновия синтез. Синтетичните siRNA могат да влязат както в заразени, така и в здрави клетки и намаляването на производството на протеин в неинфектирани клетки би било крайно 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 рязко намаляват.
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, използващи siRNA, изключиха 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 ние 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 изследване 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 на рак 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 инактивиране на p16/pRb. 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. И неговата активност 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...
), 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 пост-транскрипционната система за заглушаване на гени в растенията (англ. PTGS, пост-транскрипционно генно заглушаване). Групата публикува своите открития в списанието Science.
Двуверижните РНК могат да увеличат генната експресия чрез механизъм, наречен РНК-зависима генна активация. RNAa, малка РНК-индуцирана генна активация). Доказано е, че двойноверижни 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 заболяванията също се определя 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, върху животни, и по-специално за хора, е изправена пред много трудности. Експериментите показват, че ефективността на малките интерфериращи РНК е различна за различните типове 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.
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. Говорим 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 детски мозъчен тумор, 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.Активираните с алкохол малки РНК могат да се свържат с информационни 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 обикновено 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 окаже 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 .
РНК с малки фиби или РНК с къси фиби (shRNA short hairpin RNA, small hairpin RNA) са къси молекули на РНК, които образуват плътни фиби във вторичната структура. ShRNA може да се използва за изключване на експресията ... ... Wikipedia
РНК полимераза- от клетка на T. aquaticus в процес на репликация. Някои елементи на ензима са направени прозрачни и веригите на РНК и ДНК са по-ясно видими. Магнезиевият йон (жълт) се намира на активното място на ензима. РНК полимеразата е ензим, който осъществява ... ... Уикипедия
РНК интерференция- Доставка на малки фиби РНК с помощта на лентивирусен вектор и механизма на РНК интерференция в клетките на бозайници РНК интерференция (а ... Wikipedia
РНК генНекодиращите РНК (ncRNA) са РНК молекули, които не се транслират в протеини. Използваният по-рано синоним, малка РНК (smRNA, малка РНК), в момента не се използва, тъй като някои некодиращи РНК могат да бъдат много ... ... Wikipedia
Малка ядрена РНК- (snRNA, snRNA) клас от РНК, които се намират в ядрото на еукариотните клетки. Те се транскрибират от РНК полимераза II или РНК полимераза III и участват във важни процеси като сплайсинг (отстраняване на интрони от незряла иРНК), регулиране ... Wikipedia
Малки нуклеоларни РНК- (snoRNA, английски snoRNA) клас малки РНК, участващи в химични модификации (метилиране и псевдоуридилиране) на рибозомни РНК, както и tRNA и малки ядрени РНК. Според класификацията MeSH малките нуклеоларни РНК се считат за подгрупа ... ... Уикипедия
малка ядрена (ядрена с ниско молекулно тегло) РНК- Обширна група (105 106) от малки ядрени РНК (100 300 нуклеотида), свързани с хетерогенна ядрена РНК, са част от малките рибонуклеопротеинови гранули на ядрото; M.n.RNA са необходим компонент на системата за сплайсинг ... ...
малки цитоплазмени РНК- Малки (100-300 нуклеотида) РНК молекули, локализирани в цитоплазмата, подобно на малката ядрена РНК. [Арефиев В.А., Лисовенко Л.А. Английско руски тълковен речник на генетичните термини 1995 407 г.] Теми генетика EN scyrpssmall cytoplasmic ... ... Наръчник за технически преводач
малка ядрена РНК клас U- Група от свързани с протеини малки (от 60 до 400 нуклеотида) РНК молекули, които съставляват значителна част от съдържанието на снаждането и участват в процеса на изрязване на интрони; в 4 от 5 добре проучени типа Usn РНК U1, U2, U4 и U5 по 5 ... ... Наръчник за технически преводач
РНК биомаркери- * РНК биомаркери * РНК биомаркери са огромен брой човешки транскрипти, които не кодират протеиновия синтез (nsbRNA или npcRNA). В повечето случаи малки (miRNA, snoRNA) и дълги (антисенс РНК, dsRNA и др.) РНК молекули са ... ... Генетика. енциклопедичен речник
Книги
- Купете за 1877 UAH (само за Украйна)
- Клинична генетика. Учебник (+CD), Бочков Николай Павлович, Пузирев Валерий Павлович, Смирнихина Светлана Анатолиевна. Всички глави са преработени и допълнени във връзка с развитието на медицинската наука и практика. Главите за многофакторни заболявания, профилактика, лечение на наследствени заболявания,...
