11.9: siRNA – małe interferujące RNA

Małe interferujące RNA, czyli siRNA, to krótkie cząsteczki regulatorowe RNA, które mogą wyciszać geny potranskrypcyjnie, a w niektórych przypadkach także na poziomie transkrypcji. siRNA są ważne dla ochrony komórek przed infekcjami wirusowymi i wyciszania transpozycyjnych elementów genetycznych.

W cytoplazmie siRNA jest przetwarzane z dwuniciowego RNA, który pochodzi albo z endogennej transkrypcji DNA, albo ze źródeł egzogennych, takich jak wirus. Ten dwuniciowy RNA jest następnie cięty przez zależną od ATP ryboendonukleazę Dicer na fragmenty o długości 21–23 nukleotydów z dwoma wystającymi nukleotydami na obu końcach. Ten siRNA jest następnie ładowany na inne białko, Argonaut. Argonaut ma cztery różne domeny – N-końcową, PAZ, Mid i PIWI. Jego domena PIWI ma aktywność RNazy, która umożliwia Argonaute rozszczepienie docelowego mRNA. Kompleks Argonaute-siRNA wiąże się następnie z helikazą i innymi białkami, tworząc kompleks wyciszający indukowany RNA (RISC). W RISC nić sensowna jest oddzielona od nici antysensownej, czyli prowadzącej, która, jak się uważa, jest katalizowana przez helikazę. Nić sensowna ulega degradacji w cytoplazmie, a nić prowadząca kieruje RISC w stronę komplementarnego docelowego mRNA.

Los docelowego mRNA zależy od tego, czy mRNA kierujący wykazuje optymalne, czy suboptymalne parowanie zasad z docelowym mRNA. Jeśli nić prowadząca wykazuje optymalne parowanie zasad z docelowym mRNA, wówczas docelowy mRNA jest cięty przez Argonaute. Kompleks RISC jest następnie ponownie wykorzystywany do namierzania innego mRNA. W przeciwieństwie do tego, jeśli nić prowadząca wykazuje suboptymalne parowanie zasad z docelową nicią mRNA, Argonaut nie przetnie mRNA. Zamiast tego doprowadzi to do zatrzymania translacji, ponieważ kompleks RISC będzie utrudniał wiązanie i translokację rybosomów. Te mRNA są następnie kierowane do ciał przetwarzających (ciał P), gdzie ulegają stopniowej degradacji. W jądrze siRNA może wyciszyć podlegające transpozycji elementy DNA, zapobiegając w ten sposób ich niechcianym i niebezpiecznym przypadkowym insercjom w genomie.

Zastosowania siRNA

Ponieważ siRNA wycisza określone geny, ma ważne zastosowania zarówno w badaniach z zakresu biologii molekularnej, jak i zastosowaniach terapeutycznych. W badaniach można je wykorzystać do badania określonych funkcji genów in vivo i in vitro poprzez wyciszenie tego genu. Można je również stosować do wyciszania genów przed śmiercionośnymi wirusami i można je stosować jako skuteczny środek przeciwwirusowy. siRNA są badane pod kątem potencjalnego leczenia kilku chorób, w tym zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera i nowotwory, poprzez działanie na odpowiednie geny chorobotwórcze. siRNA można stosować w spersonalizowanej terapii genowej, ponieważ są wysoce specyficzne i można je łatwo zaprojektować dla różnych genów docelowych. Ponadto terapeutyczne siRNA są zaprogramowane tak, aby celować w mRNA, a nie w DNA, dlatego ryzyko trwałej modyfikacji DNA jest znacznie zmniejszone.

Małe interferujące RNA lub siRNA to niekodujące RNA o długości około 22 nukleotydów, które regulują syntezę i stabilność mRNA.

siRNA może pochodzić z wnętrza komórki poprzez transkrypcję DNA, może być przetwarzane z wirusowego RNA lub może być dodawane przez naukowców w celach eksperymentalnych.

siRNA są przetwarzane z długich dwuniciowych RNA. Ten RNA jest rozszczepiany na wiele krótkich siRNA za pomocą endonukleazy Dicer.

Każde siRNA następnie wiąże się z Argonaute wraz z innymi białkami, co prowadzi do powstania kompleksu wyciszającego indukowanego RNA lub RISC.

W RISC nić prowadząca RNA jest oddzielana od nici komplementarnej i pozostaje w kompleksie, dzięki czemu może następnie sparować się z docelowym mRNA. Następnie docelowe mRNA jest rozszczepiane za pomocą Argonaute, a następnie degradowane w cytoplazmie.

Podczas swojego cyklu życiowego wirusy oparte na RNA dostają się do komórki gospodarza i wytwarzają dwuniciowe RNA. Ten RNA jest rozpoznawany przez Dicera i przetwarzany na siRNA. Te siRNA pomagają zwalczać infekcje wirusowe, promując degradację wirusowego mRNA.

W jądrze powtórzenia DNA związane z centromerem kodują transkrypty, które są przetwarzane przez Dicera w celu wytworzenia określonych typów siRNA. W przeciwieństwie do cytoplazmatycznego siRNA, hamują one syntezę mRNA i promują tworzenie heterochromatyny, która może regulować transkrypcję.

Te siRNA wiążą się z wieloma białkami, w tym Argonaute, tworząc kompleks wyciszania transkrypcji indukowany przez RNA lub RITS.

SiRNA kieruje RITS do aktywnego miejsca transkrypcji, gdzie wiąże się z powstającym mRNA. To wiązanie prowadzi następnie do rekrutacji dodatkowych białek, które modyfikują pobliskie białka histonowe i promują tworzenie heterochromatyny.

To sprawia, że określone geny są niedostępne, hamując inicjację transkrypcji w regionie docelowym i wyciszając transpozony.