ARN antisens
O secvență ADN se numește sens dacă secvența sa este aceeași cu ARNm-ul său. Secvența plasată pe filamentul opus se numește în schimb antisens . Deoarece ARN polimerazele funcționează prin producerea unei copii complementare, firul necesar transcripției este antisens. Numeroase molecule de ARN antisens sunt produse atât în procariote, cât și în eucariote din catena de sens . Dogma centrală a geneticii afirmă că ADN-ul conține informații genetice, proteinele îndeplinesc funcții biologice în timp ce ARN acționează ca o punte în transmiterea informațiilor genetice. Doar aproximativ 2% (20.000 de gene) de ADN sunt traduse în proteine, restul de 98% generat în celulele umane este ARN necodificator (ARNc).
ARN antisens ( asARN ) reprezintă un tip specific de ARNc utilizat în reglarea genetică la diferite niveluri ale celulei, cum ar fi în timpul transcrierii ARNm și al traducerii proteinelor. Din punct de vedere structural, acestea sunt molecule difuzabile necodificate complementare ARNm [2] . Transcrierile antisens pot fi clasificate în funcție de lungimea lor în ARNc „scurt” (<200 nucleotide) și „lung” (> 200 nucleotide). Reglarea mediată de ARN antisens a fost observată pentru prima dată în 1981 independent atât în laboratoarele Tomizawas, cât și în laboratoarele Nordströms care studiau replicarea a două plasmide Escherichia Col i, respectiv ColE1 și R1. Raportând experiența lui Tomizawas, acesta împreună cu echipa sa a observat cum replicarea plasmidei ColE1 a depins de formarea unui primer ARN al cărui precursor a fost funcțional numai dacă, în timpul sintezei sale, și-a asumat o structură specifică. Interacțiunea unui ARN antisens cu precursorul primerului ARN inhibă formarea structurii specifice de care depinde funcționalitatea primerului ARN, în consecință acesta din urmă este nefuncțional și, prin urmare, este inhibată și replicarea plasmidei ColE1 [ 3] . Într-adevăr, în majoritatea cazurilor, ARN-urile antisens îndeplinesc funcția de inhibitori ai ARNm [4] . Genomul mamiferelor codifică numeroase ARN-uri antisens, dar funcția acestor transcrieri nu este încă clară. Ele nu pot fi inserate într-un singur grup de ANN-uri de reglementare, dar aparțin unor categorii diferite care pot împărtăși unele caracteristici. Studii recente indică faptul că transcrierile antisens sunt capabile să efectueze o reglare genetică precisă atât la nivel transcripțional, cât și post.
Reglare epigenetică: interacțiune antisens ARN-ADN
Epigenetica este ramura geneticii care studiază modificările fenotipice induse de modificările chimice ale ADN-ului. Unul dintre rolurile atribuite ARN-urilor antisens este tocmai reglarea epigenetică a transcripției, prin metilații , modificări ale cromatinei și expresie monoalelică, ca în cazul inactivării cromozomului X. Modelul propus de interacțiune ARN-ADN vede noul ARN antisens capabil să interacționeze, direct sau indirect, cu enzima ADN-metiltransferază (DMT) care conduce la metilarea ADN-ului, ceea ce duce la inhibarea transcrierii ARN a sensului. Alternativ, ARN-ul antisens poate recruta HME (enzime modificatoare de histone) modificând cromatina [5] .
Metilarea ADN-ului
Metilarea ADN-ului poate induce reglarea negativă pe termen lung a unei gene specifice. Reprimarea activității proteice specifice indusă de metilarea antisens mediată de ARN a fost observată în numeroase boli. În cazul alfa-talessemiei , o afecțiune a sângelui caracterizată prin reducerea nivelului de hemoglobină , gena HBA1 (hemoglobina alfa1) este inhibată de un transcript anormal derivat din gena asemănătoare Luc7 care acționează ca un ARN antisens îndreptat împotriva HBA1, metilarea sa a promotorului și, în consecință, blochează transcrierea sa [6]
Modificarea histonelor
În celulele eucariote, ADN-ul este ambalat de histone . Modificările directe asupra histonelor pot modifica activitatea histonelor inducând posibile schimbări în expresia genelor. Consecințele metilațiilor asupra histonelor depind de context, dar, în general, induc reprimarea genelor. [7] Dovezile sugerează că metilarea histonelor poate fi indusă de ARN-uri antisens. De exemplu, ANRIL, (ARN antisens necodificator în locusul INK4) pe lângă capacitatea de a induce metilarea în ADN poate induce represiunea genelor din apropiere (activitate locală), cum ar fi CDKN2A prin recrutarea complexului PRC2 (polycomb repressive complexul 2) care induce metilarea. Un alt exemplu clasic este inactivarea mediată de XIST (X-inactive specific transcript) a cormozomului X, un ncRNA prezent pe cromozomul X care este unul dintre principalii efectori ai inactivării X.
Reglementarea co-transcripțională
ARN-urile antisens pot regla expresia genelor după ce transcrierea începe prin interferarea cu aceasta în timpul procesului de sinteză a ARNm. Un mecanism de reglare pare a fi „coliziunea” dintre cele două ARN polimeraze care, respectiv, efectuează transcrierea sensului și a catenei antisens care duce la terminarea procesului. Deși coliziunea ARN polimerazelor este un eveniment foarte puțin probabil în transcrierile slabe, adică cele care pornesc de la promotori slabi (promotorii slabi sunt astfel definiți ca transcrierea celor menționate mai sus are loc aproximativ o dată la 2 minute, în timp ce cele puternice sunt transcrise în ordinea de secunde. „Puterea” promotorului este corelată cu similitudinea mai mare sau mai mică a secvențelor care sunt situate la -10 și -35 în raport cu „ consensul ”), probabilitatea acestuia pare să crească odată cu creșterea coliziunilor care apar în timpul transcrierii secvențelor cu promotori puternici [6] . Un exemplu este reprimarea transcripției genei IME4 de către ARN antisens RME2. Un alt mod de a influența transcripția într-un mod co-transcripțional este de a influența splicing splicng. De exemplu, ARNm homeobox 2 (ZEB2) care leagă cutia E cu degetul de zinc are mai multe izoforme, dintre care unele sunt mai eficiente la nivel transcripțional. O caracteristică care garantează eficiența este prezența unei secvențe IRES într-un intron la nivelul 5 ' end., deci trebuie menținut în timpul îmbinării. Datorită expresiei ARN-ului antisens al ZEB2, tăierea acestui intron este evitată deoarece maschează locul de îmbinare, menținând astfel secvența IRES în ARNm. În plus, ARN-urile antisens pot induce sinteza unei izoforme de ARNm într-un mod independent de îmbinare, de exemplu, pot induce formarea de ARNm cu diferite situsuri de terminare.
Reglementare post-transcripțională
Modulația post-transcripțională a ARN antisens apare atunci când un ARNm este atacat direct de un ARN antisens complementar. Așa cum am descris în reglarea cis, asocierea unui ARN antisens cu un ARNm poate induce blocarea intrării în ribozom și degradarea ribonucleazei H- dependente.
Clasificare [8]
Transcrierile antisens pot fi clasificate în funcție de mai multe criterii, cum ar fi originea, modul de acțiune, lungimea, stabilitatea și chiar speciile în care sunt exprimate. Aceste ANN sunt transcrise de promotori independenți care pot fi atât promotori bidirecționali, cât și promotori criptici (adică nu sunt utilizați în mod normal ca promotori, structurile care provin de la acești promotori au de obicei o funcție necunoscută). Pe baza orientării lor față de gena care le găzduiește, acestea pot fi clasificate în continuare ca cap-la-cap , coadă-coadă sau interne , acestea din urmă fiind acele transcrieri acoperite în întregime de transcrierile de semnificație. ANN-urile antisens își pot îndeplini funcția atât local, cât și distal, atât în cis , cât și în tran.
Prin reglarea cis ne referim la orice fenomen de reglare dirijat de o secvență de ADN care influențează activitatea numai și exclusiv a secvențelor de ADN adiacente fizic acesteia. De exemplu, o secvență cis-agent este operatorul , a cărui legare la diverși activatori sau represori influențează activitatea unui promotor specific. Reglementarea în trans vede în schimb un produs proteic (de obicei) difuzibil care își exercită funcția asupra oricărei secvențe de ADN țintă recunoscute de acesta. De exemplu activatori și coactivatori. Acțiunea în cis a unor astfel de ANN-uri poate avea loc fie local, ca de exemplu prin interferența cu promotori specifici, fie distal, acționând asupra intensificatorilor . Reglarea trans poate apărea și local și distal, în primul caz un exemplu este cazul unui ARN antisens capabil să influențeze alela din care provine. În al doilea caz, ca exemplu, putem raporta un ARN antisens capabil să influențeze alte gene. Pe baza lungimii, ANN-urile antisenoase sunt împărțite în ARNc scurte (<200) și lungi (> 200), în timp ce, pe baza stabilității, acestea sunt divizate intuitiv în ANN-uri stabile și instabile .
ARNc scurt
ARNc-urile scurte (SncRNA-urile) sunt ARN-uri antisens cu mai puțin de 200 de nucleotide. Acestea sunt împărțite în ARN de interferență mică ( siARN ), microARN (miARN) și ARN-interacțiune cu piwi (piARN)
ARNc lung
ARNc-urile lungi ( ARNc ) sunt ARN-uri antisens cu mai mult de 200 de nucelotide și includ ARN intergenic lung care nu codifică ( ARN- linc), transcript antisens natural ( NAT ), regiune ultraconservată transcrisă (T-UCR) și pseudogene necodificatoare.
Notă
- ^ David P. Clark și Nanette J. Pazdernik, Biotehnologie , Elsevier, 2016, pp. 1–31, ISBN 978-0-12-385015-7 . Adus la 1 august 2020 .
- ^ Jian-zhong Xu, Jun-lan Zhang și Wei-guo Zhang, ARN antisens: noul favorit în cercetarea genetică , în Journal of Zhejiang University-SCIENCE B , vol. 19, nr. 10, 2018-10, pp. 739–749, DOI : 10.1631 / jzus.b1700594 . Adus la 25 iulie 2020 .
- ^ Yutaka Eguchi, Tateo Itoh și Jun-ichi Tomizawa, ARN antisens , în Revista anuală de biochimie , vol. 60, n. 1, 1991-06, pp. 631-652, DOI : 10.1146 / annurev.bi.60.070191.003215 . Adus la 25 iulie 2020 .
- ^ (EN) Sabine Brantl, Reglarea antisens-ARN și interferența ARN , în Biochimica și Biophysica Acta (BBA) - Structura și expresia genei, vol. 1575, nr. 1, 3 mai 2002, pp. 15-25, DOI : 10.1016 / S0167-4781 (02) 00280-4 . Adus la 25 iulie 2020 .
- ^ (EN) Mohammad Ali Faghihi și Claes Wahlestedt, Regulatory roles of natural antisense transcripts , în Nature Reviews Molecular Cell Biology, vol. 10, nr. 9, 2009-09, pp. 637–643, DOI : 10.1038 / nrm2738 . Adus pe 27 iulie 2020 .
- ^ a b ( EN ) Vicent Pelechano și Lars M. Steinmetz, Reglarea genelor prin transcriere antisens , în Nature Reviews Genetics , vol. 14, n. 12, 2013-12, pp. 880–893, DOI : 10.1038 / nrg3594 . Adus pe 29 iulie 2020 .
- ^ Johnathan R. Whetstine, Handbook of Cell Signaling , Elsevier, 2010, pp. 2389-2397, ISBN 978-0-12-374145-5 . Adus pe 29 iulie 2020 .
- ^ (EN) Vicent Pelechano și Lars M. Steinmetz, Reglarea genelor prin transcriere antisens , în Nature Reviews Genetics, vol. 14, n. 12, 2013-12, pp. 880–893, DOI : 10.1038 / nrg3594 . Adus pe 27 iulie 2020 .
