Què és la interferència d'ARN? Aquest terme fa referència a un sistema per controlar l'activitat dels gens a les cèl·lules eucariotes. Un procés similar es produeix a causa de molècules curtes (no més de 25 nucleòtids per cadena) d'àcid ribonucleic.
La interferència de l'ARN es caracteritza per la inhibició post-transcripcional de l'expressió gènica mitjançant la destrucció o la desadenilació de l'ARNm.
Importància
Es va trobar a les cèl·lules de molts eucariotes: fongs, plantes, animals.
La interferència de l'ARN es considera una manera important de protegir les cèl·lules dels virus. Ella participa en el procés d'embriogènesi.
A causa de la naturalesa potent i selectiva de l'efecte de l'àcid ribonucleic sobre l'expressió gènica, es poden dur a terme investigacions biològiques serioses en organismes vius i cultius cel·lulars.
Abans, la interferència de l'ARN tenia un nom diferent: cosupressió. Després d'un estudi detallat d'aquest procés, rebent el Premi Nobel de Medicina per l'estudi del mecanisme de la seva aparició per part d'Andrew Fire i Craig Melo, aquest procés va ser rebatejat.
Història
Què és la interferència d'ARN? El seu descobriment es deu a una seriosa observació preliminar sota la influència deinhibició de l'expressió de l'ARN antisentit en gens vegetals.
Un temps després, els científics nord-americans van obtenir resultats sorprenents quan es van introduir transgens a les petúnies. Els investigadors van intentar modificar la planta analitzada de manera que donés a les flors una tonalitat més saturada. Per fer-ho, van introduir a les cèl·lules còpies addicionals del gen de l'enzim calcona sintasa, responsable de la formació del pigment morat.
Però els resultats de l'estudi eren completament impredictibles. En lloc de l'enfosquiment desitjat de la corol·la de la petúnia, les flors d'aquesta planta s'han tornat blanques. La disminució de l'activitat de l'enzim calcona sintasa s'ha denominat cosupressió.
Punts importants
Els experiments següents van revelar l'efecte sobre aquest procés d'inhibició post-transcripcional de l'expressió gènica a causa d'un augment del nivell de degradació de l'ARNm.
En aquella època se sabia que aquelles plantes que expressen proteïnes especials no són susceptibles a la infecció pel virus. S'ha establert experimentalment que l'obtenció d'aquesta resistència s'aconsegueix introduint una seqüència curta no codificant d'ARN viral en el gen de la planta.
La interferència de l'ARN, el mecanisme de la qual encara no s'entén del tot, s'ha anomenat "silenciament gènic induït per virus".
Els biòlegs van començar a anomenar la suma d'aquests fenòmens inhibició post-transcripcional de l'expressió gènica.
Andrew Fire i els seus col·legues van aconseguir demostrar la connexió entre un fenomen similar i la introducció d'un conjunt de semànticsARN i antisentit que formen ARN de doble cadena. Va ser ella qui va ser reconeguda com la raó principal de l'aparició del procés descrit.
Característiques dels mecanismes moleculars
La proteïna Giardia intestinalis Dicer es catalitza tallant l'ARN de doble cadena per produir petits fragments d'ARN interferents. El domini RNAasa és verd, el domini PAZ és groc i l'hèlix d'unió és blava.
L'aplicació de la interferència de l'ARN es basa en vies exògenes i endògenes.
El primer mecanisme es basa en el genoma del virus o és el resultat d'experiments de laboratori. Aquest ARN es talla en petits fragments al citoplasma. El segon tipus es forma durant l'expressió de gens individuals d'un organisme viu, per exemple, l'ARN pre-micro. Implica la creació d'estructures de bucle tija específiques dins del nucli, formant ARNm que interactuen amb el complex RISC.
Petits ARN interferents
Són cadenes formades per 20-25 nucleòtids amb sortints de nucleòtids als extrems. Cada cadena té un grup hidroxil a l'extrem 3' i un grup fosfat a l'extrem 5'. Una estructura d'aquest tipus es forma com a resultat de l'acció de l'enzim Dicer sobre l'ARN que conté forquilles. Després de la divisió, els fragments passen a formar part del complex catalític. La proteïna argonauta desenrotlla gradualment el dúplex d'ARN, la qual cosa contribueix a deixar només una cadena "guia" a RISC. Permet que el complex efector cerqui un ARNm objectiu específic. En unir-seEs produeix la degradació de l'ARNm del complex siRNA-RISC.
Aquestes molècules s'hibriditzen amb un tipus d'ARNm objectiu, donant lloc a la divisió de la molècula.
mRNA
La interferència de l'ARN i la protecció de les plantes són processos interrelacionats.
ARNm està format per 21-22 nucleòtids consecutius d'origen endogen, que estan implicats en el procés de desenvolupament individual dels organismes. Els seus gens es transcriuen per formar llargues transcripcions primàries de transcripcions pri-miRNA. Aquestes estructures tenen la forma d'un bucle de tija, la seva longitud consta de 70 nucleòtids. Contenen un enzim amb activitat RNasa, així com una proteïna capaç d'unir ARN de doble cadena. A més, té lloc el transport al citoplasma, on l'ARN resultant es converteix en un substrat per a l'enzim Dicer. El processament es pot dur a terme de diferents maneres, segons el tipus de cèl·lula.
Així és com funciona la interferència de l'ARN. L'aplicació del procés encara no s'ha explorat completament.
Per exemple, va ser possible establir la possibilitat d'una ruta diferent de processament de l'ARNm, que no depèn de Diser. En aquest cas, la molècula és tallada per la proteïna argonauta. La diferència entre miRNA i siRNA és la capacitat d'inhibir la traducció amb diversos ARNm diferents que contenen seqüències d'aminoàcids similars.
Complex d'efectors RISC
interferència d'ARN,les funcions biològiques de les quals permeten resoldre molts problemes relacionats amb el complex proteic, que assegura la divisió de l'ARNm durant la interferència. El complex RISC promou la divisió de l'ATP en diversos fragments.
Amb l'ajuda de l'anàlisi de difracció de raigs X, es va determinar que mitjançant aquest complex el procés s'accelera significativament. La seva part catalítica es considera proteïnes argonautes, que es localitzen en determinats llocs del citoplasma. Aquests cossos P representen àrees amb nivells significatius de degradació de l'ARN; és en elles on es va detectar l'activitat d'ARNm més alta. La destrucció d'aquests complexos va acompanyada d'una disminució de l'eficiència del procés d'interferència de l'ARN.
Mètodes de supressió de transcripcions
A més de la seva acció a nivell d'inhibició de la traducció, l'ARN també té un efecte en la transcripció gènica. Alguns eucariotes utilitzen aquesta manera per garantir l'estabilitat de l'estructura del genoma. Gràcies a la modificació de les histones, és possible reduir l'expressió gènica en una zona determinada, ja que aquesta peça passa a la forma d'heterocromatina.
La interferència de l'ARN i el seu paper biològic és un tema important que mereix un estudi i anàlisi seriós. Per dur a terme la investigació, es tenen en compte aquelles seccions de la cadena que són responsables del tipus d'aparellament.
Per exemple, per al llevat, la supressió de la transcripció la duu a terme precisament el complex RISC, que conté el fragment Chp1 amb el cromodomini, l'argonauta i una proteïna que téfunció desconeguda Tas3.
Per induir la formació de regions d'heterocromatina, cal l'enzim Dicer, l'ARN polimerasa. La divisió d'aquests gens provoca una violació de la metilació de les histones, una desacceleració de la divisió cel·lular o una aturada completa d'aquest procés.
edició d'ARN
La forma més comuna d'aquest procés en eucariotes superiors és el procés de conversió de l'adenosina en inosina, que es produeix a la doble cadena de l'ARN. Per dur a terme aquesta transformació, s'utilitza l'enzim adenosina desaminasa.
A principis del segle XXI es va plantejar una hipòtesi, segons la qual, el mecanisme d'interferència de l'ARN i l'edició de la molècula es reconeixia com a processos competitius. Els estudis sobre mamífers suggereixen que l'edició d'ARN pot prevenir el silenciament del transgen.
Diferències entre organismes
Rau en la capacitat de percebre ARN estranger, aplicar-los en el curs de la interferència. Per a les plantes, aquest efecte és sistèmic. Fins i tot en el cas d'una introducció lleu d'ARN, un determinat gen es suprimeix a tot el cos. Amb aquesta acció, el senyal d'ARN es transmet entre altres cèl·lules. L'ARN polimerasa participa en la seva amplificació.
Entre els organismes hi ha una diferència en l'ús de gens estrangers en el procés d'interferència de l'ARN.
A les plantes, el procés de transport de siRNA es produeix a través dels plasmodesmes. L'herència d'aquests efectes d'ARN està assegurada per la metilació dels promotors de determinats gens.
La principal diferència entre aquest mecanisme iplantes és la idealitat de la seva complementarietat d'ARNm, que, juntament amb el complex RISC, contribueix a la degradació completa d'aquesta molècula.
Funcions biològiques
El sistema en qüestió és un component important de la resposta immune a materials estranys. Per exemple, les plantes tenen diversos anàlegs de la proteïna Dicer, que s'utilitzen per combatre nombrosos organismes virals.
El
ARN es pot considerar un mecanisme de defensa antiviral adquirit a les plantes que s'activa a tot el cos.
Malgrat que a les cèl·lules animals s'expressa molta menys proteïna Dicer, podem parlar de la participació de l'ARN en la resposta antiviral.
Actualment, s'han estudiat parcialment les respostes immunitàries que es produeixen al cos humà i animal.
Els biòlegs continuen investigant, intentant no només justificar els mecanismes de la seva aparició, sinó també trobar maneres d'influir en les interaccions immunitàries. En cas d'una explicació satisfactòria de tots els matisos de la interferència de l'ARN, els científics podran controlar aquestes reaccions bioquímiques i crear mecanismes de protecció contra cossos estranys.
