Kis interferáló RNS-ek

A kis interferáló RNS vagy rövid interferáló RNS ( angolul  siRNA, small interfering RNA ) a kettős szálú RNS osztálya , 20-25 nukleotid hosszúságú . A kis interferáló RNS-ek kölcsönhatása a célgén hírvivő RNS-ével (mRNS) az utóbbi lebomlásához vezet (az RNS interferencia folyamatában ), megakadályozva a riboszómákon lévő mRNS transzlációját az általa kódolt fehérjére . Végső soron a kis interferáló RNS-ek hatása megegyezik a génexpresszió egyszerű csökkentésével .

A sejtben az RNS interferencia fontos része a vírusellenes védekezési mechanizmusoknak és a kromatin szerkezetének fenntartásának . Ezen kölcsönhatások molekuláris mechanizmusait jelenleg vizsgálják, különösen azt a hipotézist, hogy a kis RNS-ek részt vesznek az RNS-függő DNS-metilációban [1] .

Történelem

A kis interferáló RNS-eket 1999 -ben fedezte fel David Bolcomb csoportja az Egyesült Királyságban a növények poszt-transzkripciós géncsendesítési rendszerének összetevőjeként . A csoport eredményeit a Science folyóiratban publikálták [2] .

2001 -ben Thomas Tuschl csoportja kimutatta, hogy a szintetikus kis interferáló RNS-ek RNS-interferenciát válthatnak ki emlőssejtekben. A megfelelő eredményeket a Nature folyóiratban publikálták [3] . Ez a felfedezés növekvő érdeklődést váltott ki az RNS-interferencia felhasználása iránt az orvosbiológiai kutatásban és gyógyszerfejlesztésben.

Szerkezet

A kis interferáló RNS-ek rövid (tipikusan 21 nukleotid hosszúságú) kétszálú RNS -ek , amelyeknek két páratlan túlnyúlása van a 3'-végeken.

A két RNS-szál mindegyikének van egy foszfátcsoportja az 5' végén és egy hidroxilcsoport a 3' végén. Az ilyen szerkezetű rövid interferáló RNS-ek a Dicer enzim aktivitása eredményeként jönnek létre, amelyek szubsztrátjai hosszú kétszálú RNS-ek vagy hajtűket tartalmazó rövid RNS -ek [4] . Kis interferáló RNS-ek mesterségesen juttathatók be a sejtekbe, hogy egy adott gént leütjenek . Ebben az esetben szinte bármely ismert nukleotidszekvenciájú gén expressziója célirányosan megváltoztatható. Ez a tulajdonság a rövid interferáló RNS-eket kényelmes eszközzé teszi a génfunkciók tanulmányozására és a gyógyszercélpontok tanulmányozására.

RNS interferencia kiváltása

A génexpresszió célzott gátlása az exogén interferáló RNS sejtekbe történő transzfektálásával bizonyos nehézségekkel jár, mivel a génkiütés ebben az esetben átmeneti, különösen a gyorsan osztódó sejtekben. E nehézségek leküzdésének egyik módja egy olyan vektor bejuttatása a sejtbe , amely hosszabb ideig biztosítja a megfelelő kis interferáló RNS expresszióját [5] . Az ilyen vektorok jellemzően U6 vagy H1 promotert tartalmaznak, amely lehetővé teszi a kis nukleáris RNS -eket átíró RNS-polimeráz III általi transzkripciót . A promotert egy rövid, kis interferáló RNS-t kódoló nukleotidszekvencia (19-29 nukleotid) és egy azzal komplementer szekvencia követi, amelyeket 4-11 nukleotid választ el egymástól, amelyek hurkot képeznek a kis interferáló RNS másodlagos szerkezetében. Általánosságban elmondható, hogy a megfelelő átirat alakja egy hajtűhöz hasonlít a szekvenciák elején és végén lévő komplementer párosítás eredményeként. Feltételezik (bár nem megbízhatóan megalapozott), hogy az ilyen hajtűket a Dicer enzim rövid, interferáló RNS-ekké alakítja .

RNS-függő génaktiváció

A kettős szálú RNS növelheti a génexpressziót az RNS-függő génaktivációnak nevezett mechanizmus révén ( RNSa  , kis RNS-indukált génaktiváció ). Kimutatták, hogy a célgének promótereivel komplementer kettős szálú RNS-ek a megfelelő gének aktiválását idézik elő. Szintetikus kettős szálú RNS-ek beadásakor RNS-függő aktivációt mutattak ki humán sejtekben. Nem ismert, hogy létezik-e hasonló rendszer más szervezetek sejtjeiben. [6]

Nem specifikus hatások kizárása

Mivel az RNS interferencia sok más reakciólánccal metszi egymást, a kis interferáló RNS-ek kísérleti bevezetése nem specifikus hatásokat válthat ki. A kettős szálú RNS-ek megjelenése emlőssejtekben a vírusfertőzés következménye lehet, és ezért immunválasz kiváltásához vezethet. Ezenkívül, mivel a szerkezetileg hasonló mikroRNS-ek megváltoztatják a génexpressziót azáltal, hogy nem illeszkednek a cél-mRNS-hez, a kis interferáló RNS-ek bejuttatása nemkívánatos mellékhatásokat okozhat.

Veleszületett immunitás

Jelentős mennyiségű kis interferáló RNS bejuttatása mellékhatásokat okozhat a veleszületett immunválasz bekapcsolása miatt. Ez valószínűleg a kis interferáló RNS-ekre érzékeny protein kináz R aktiválódásának, esetleg a RIG I gén ( retinoic acid indukálható gén I ) részvételének köszönhető .  Leírták a citokinek indukcióját a TLR 7 receptoron ( a toll-like receptor 7 ) keresztül is . A mellékhatások csökkentésének egyik ígéretes módszere a kis interferáló RNS-ek miRNS-ekké alakítása. A mikroRNS-ek általában szintetizálódnak, ezért a kis interferáló RNS-ek viszonylag alacsony koncentrációja hasonló erősségű génkiütési hatáshoz vezethet. Ennek minimálisra kell csökkentenie a mellékhatásokat.  

Mellékhatások

A célpont kudarca egy másik nehézséget jelent a kis interferáló RNS-ek génkiütési eszközként való felhasználásában. A hiányos komplementaritású géneket kis interferáló RNS-ek blokkolják (azaz valójában a kis interferáló RNS-ek miRNS-ként működnek), ami nehézségekhez vezet a kísérletek eredményeinek értelmezésében, és magában hordozza a toxicitás kockázatát. Ez azonban elkerülhető megfelelő kontrollok megtervezésével és olyan kis zavaró RNS-ek felépítésére szolgáló algoritmusok tervezésével, amelyek eredményeként olyan RNS-ek jönnek létre, amelyek nem érik el a célpontot. A génexpresszió ezután a genomban elemezhető, például microarray technológia segítségével , a célpont hibáinak ellenőrzése és az algoritmusok további hangolása érdekében .  Dr. Khvorova laboratóriumának 2006-os cikke 6 vagy 7 bázispárból álló fragmentumokat vizsgál, amelyek a kis interferáló RNS 2. pozíciójából indulnak ki a 3'UTR-régiónak megfelelő génekben, ahol a célpont kudarcot vall [7] .

Lehetséges alkalmazások a terápiában és ennek akadályai

A lényegében bármely gén tetszés szerinti kikapcsolásának képességével a kis interferáló RNS-eken alapuló RNS-interferencia óriási érdeklődést váltott ki az alapvető [8] és az alkalmazott biológia iránt. A biokémiai útvonalakban fontos gének azonosítására szolgáló, széles körű RNSi-alapú vizsgálatok száma folyamatosan növekszik. Mivel a betegségek kialakulását a gének aktivitása is meghatározza, bizonyos esetekben várható, hogy egy kis interferáló RNS-t tartalmazó gén kikapcsolása terápiás hatású lehet.

Azonban a kis interferáló RNS-eken alapuló RNS-interferencia alkalmazása állatokon, és különösen embereken számos nehézséggel szembesül. Kísérletek kimutatták, hogy a kis interferáló RNS-ek hatékonysága eltérő a különböző sejttípusoknál: egyes sejtek könnyen reagálnak a kis interferáló RNS-ek hatására, és a génexpresszió csökkenését mutatják, míg másokban ez a hatékony transzfekció ellenére sem figyelhető meg . Ennek a jelenségnek az okai még mindig kevéssé ismertek.

Az első két RNS interferencia terápiás gyógyszer (a makuladegeneráció kezelésére szánt ) 2005 végén közzétett első fázisának eredményei azt mutatják, hogy a kis interferáló RNS-eken alapuló gyógyszereket a betegek könnyen tolerálják, és elfogadható farmakokinetikai tulajdonságokkal rendelkeznek. [9] .

Az Ebola vírust megcélzó kis interferáló RNS-ek előzetes klinikai vizsgálatai azt mutatják, hogy hatásosak lehetnek a betegség expozíció utáni megelőzésében. Ez a gyógyszer lehetővé tette a kísérleti főemlősök teljes csoportjának túlélését, akik halálos adagot kaptak a zairi ebolavírusból [10] .

2021-ben az Oroszországi Szövetségi Orvosi és Biológiai Ügynökség Immunológiai Intézete szabadalmaztatta a kis interferáló RNS-en alapuló MIR-19 kombinált gyógyszert , amelyet COVID-19- ben való használatra szántak [11] .

Lásd még

• miRNS

Jegyzetek

1. ↑ Galitsky V.A. Hipotézis a de novo DNS-metiláció és allélkizárás kis RNS-ek általi iniciálási mechanizmusáról  (orosz)  // Tsitol. - 2008. - T. 50 (4) . - S. 277-286 .
2. ↑ Hamilton A., Baulcombe D. Egy kis antiszensz RNS faja a növények poszttranszkripciós géncsendesítésében  //  Science : Journal. - 1999. - 1. évf. 286. sz . 5441 . - P. 950-952 . - doi : 10.1126/tudomány.286.5441.950 . — PMID 10542148 .
3. ↑ Elbashir S., Harborth J., Lendeckel W., Yalcin A., Weber K., Tuschl T. A 21 nukleotidból álló RNS-ek duplexei közvetítik az RNS-interferenciát tenyésztett emlőssejtekben  //  Nature : Journal. - 2001. - Vol. 411 , sz. 6836 . - P. 494-498 . - doi : 10.1038/35078107 . — PMID 11373684 .
4. ↑ Bernstein E., Caudy A., Hammond S., Hannon G. Role for a bidentate ribonuclease in the iniciation step of RNA interference  //  Nature : Journal. - 2001. - Vol. 409 , sz. 6818 . - P. 363-366 . - doi : 10.1038/35053110 . — PMID 11201747 .
5. ↑ Miyagishi M., Taira K. Az siRNS expressziós vektor fejlesztése és alkalmazása  //  Nucleic Acids Research Supplement : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 2 . - 113-114 . o . — PMID 12903131 .
6. ↑ Li LC kis RNS-közvetített génaktiválás // Az RNS és a génexpresszió szabályozása: A  komplexitás rejtett rétege . – Caister Academic Press, 2008.
7. ↑ Birmingham A., Anderson E., Reynolds A., Ilsley-Tyree D., Leake D., Fedorov Y., Baskerville S., Maksimova E., Robinson K., Karpilow J., Marshall W., Khvorova A. A 3' UTR magegyezések, de nem az általános azonosság, az RNAi off-targets-hez kapcsolódnak  // Nat Methods  : Journal  . - 2006. - Vol. 3 , sz. 3 . - P. 199-204 . - doi : 10.1038/nmeth854 . — PMID 16489337 .
8. ↑ Alekseev OM, Richardson RT, Alekseev O., O'Rand MG Génexpressziós profilok elemzése HeLa sejtekben a NASP túlzott expressziójára vagy siRNS-közvetített kimerülésére válaszul  //  Reproductive Biology and Endokrinology : Journal. - 2009. - 1. évf. 7 . — 45. o . - doi : 10.1186/1477-7827-7-45 . — PMID 19439102 .
9. ↑ Tansey B. A makuladegeneráció kezelése megzavarja az RNS-üzeneteket , San Francisco Chronicle (2006. augusztus 11.). Az eredetiből archiválva: 2009. március 6. Letöltve: 2022. július 13.
10. ↑ Nem humán főemlősök expozíció utáni védelme az RNS-interferenciával járó halálos ebolavírus-fertőzés ellen: egy elméleti tanulmány Prof Thomas W Geisbert PhD, Amy CH Lee MSc, Marjorie Robbins PhD, Joan B Geisbert, Anna N Honko PhD, Vandana DOI: 10.1016/S0140-6736(10)60357-1
11. ↑ Az FMBA szabadalmaztatott egy orrspray-t a COVID-19 ellen . 2021. június 24-i archív példány a Wayback Machine -en // Cikk 2021. április 11-én „ RBC ”. M. Kotlyar, A. Batmanova.

Irodalom

• Shen, W., Wang, Q., Shen, Y., Gao, X., Li, L., Yan, Y., ... & Cheng, Y. (2018). A zöld tea katechin drámaian elősegíti az alacsony molekulatömegű polimerek által közvetített RNSi-t . ACS központi tudomány, 4(10), 1326-1333. PMC 6202644 doi : 10.1021/accentsci.8b00363
• Charbe, NB, Amnerkar, ND, Ramesh, B., Tambuwala, MM, Bakshi, HA, Aljabali, AA, ... és Zacconi, FC (2020). Kis interferáló RNS a rák kezelésére: a szállítási akadályok leküzdése. Acta Pharmaceutica Sinica B. PMC 7714980 doi : 10.1016/j.apsb.2020.10.005
• Zhang, M. és Huang, Y. (2022). siRNS módosítása és bejuttatása gyógyszerfejlesztéshez . Trendek a molekuláris gyógyászatban. doi : 10.1016/j.molmed.2022.08.003

Szótárak és enciklopédiák	Nagy norvég Britannica (online) Brockhaus