Interferența ARN

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cum poate fi utilizat ARNi în cercetare: prin administrarea de ARNsi care se leagă de RISC din exterior, este posibil să se degradeze ARNm specifici

Interferența ARN (din engleză interferența ARN, prescurtată în mod obișnuit ca ARNi) este un mecanism prin care unele fragmente de ARN sunt capabile să interfereze (și să oprească) expresia genei .

ARNi diferă de alte fenomene genetice de tăcere, deoarece s-a observat în Caenorhabditis elegans că se poate răspândi de la celulă la celulă și a fi ereditar. Acest lucru a fost observat și la plante , precum și la mamifere , dar, în acest din urmă caz, cu o eficiență mai redusă, și numai în primele etape ale dezvoltării embrionare. Prin urmare, se face o distincție între mecanismele care implică molecule dublu catenare, interferența ARN în sens strict, mediată de molecule precum ARN cu interferență scurtă și fenomene care implică miARN monocatenare.

Poveste scurta

Înainte ca ARNi să fie bine caracterizat, diferitele fenomene de reducere a genei legate de ARN au fost menționate sub diferite nume, cum ar fi mutarea genelor post-transcripționale , mutarea genelor induse de virus, co-supresia expresiei genelor sau mutarea transgenică . În urma caracterizării complete a procesului, a devenit clar că aceste două fenomene erau de fapt expresii ale aceluiași mecanism.

Utilizarea ARN pentru a reduce expresia genelor la plante a fost o procedură frecvent utilizată de mulți ani. ARN antisens monocatenar a fost introdus în celulele plantei care s-au asociat cu ARN-ul mesager monocatenar complementar. În timp ce oamenii de știință au crezut inițial că ARN-ul dublu catenar rezultat din împerechere nu ar putea fi tradus într-o proteină, este acum clar că ARN-ul dublu catenar inițiază mecanismul de interferență. Utilizarea ARN bicatenar a devenit mai răspândită după descoperirea mecanismului molecular al ARNi, inițial în petunie , ulterior în Caenorhabditis elegans . În 1990, Jorgensen a descoperit-o, introducând transgenele responsabile de pigmentarea petuniei pentru a obține petunii mai închise la culoare, de culoare purpurie. Cu toate acestea, se întâmplă ca pigmentarea să fie redusă inexplicabil cu 40% în petuniile transgenice care au devenit și mai ușoare; și o expresie redusă a genei endogene, precum și a transgenului (cosopresiune)

Procesul molecular

Procesul molecular

ARNi este un proces specific și puternic efectuat de celulă. Deși nu toate detaliile procesului în sine sunt încă clare, se pare că așa-numita mașinărie RNAi , odată ce a fost identificată o moleculă de ARN dublu catenar (dsRNA), este capabilă să inițieze mecanismul ARNi.

  1. Prin intermediul unei enzime (numită Dicer ), secvența dsRNA este tăiată în fragmente de lungime mai mică (19-21 perechi de baze).
  2. Fragmentul scurt de dsRNA (numit ARN interferent scurt sau siARN ) este asociat cu un complex enzimatic numit RISC (complexul de tăcere indus de ARN engleză, complexul de tăcere indus de ARN).
  3. ARN bicatenar este deschis , probabil de o helicază : numai catena ARN antisens rămâne asociată cu RISC, în timp ce catena senzorială este degradată.
  4. RISC este acum activ: este capabil să scaneze mulți ARNm prezenți în citosol până când găsește unul complementar fragmentului de ARN antisens asociat cu complexul în sine.
  5. Dacă asocierea dintre ARNm și ARNm este perfectă (sau aproape perfectă), o componentă a RISC (numită proteină argonautică sau Argo ) este capabilă să facă o tăietură pe ARNm. Cele două fragmente de ARNm rezultate, fără capac la 5 'și coadă polyA la 3', sunt astfel degradate rapid de RNaza celulei în sine. Dacă împerecherea, pe de altă parte, nu este perfectă, se crede că RISC poate inhiba translația genică . Deși mecanismul acestui al doilea eveniment este neclar, se pare că poate fi răspândit la animale.

Funcția și semnificația evolutivă

Enzima dicer

Mecanismul ARNi este utilizat pe scară largă în reducerea expresiei genelor : s-a observat că anumite regiuni genomice codifică unele molecule scurte de ARN (denumite generic microARN ), capabile să se plieze pentru a forma un ac de păr (în acest caz vorbim de ac de păr scurt ARN sau shARN ). Când enzimele ARNi identifică aceste molecule, ele le procesează așa cum s-a menționat anterior, astfel încât sunt capabile să conducă la degradarea tuturor ARNm complementari prezenți în citosol . Reducerea prezenței ARNm are consecința evidentă a scăderii sintezei proteinelor pe care le codifică. Acest mecanism a fost identificat inițial ca microRNA JAW în Arabidopsis thaliana : acest ARN este implicat în reglarea unor gene care controlează forma plantei. Ulterior, numeroase alte microARN-uri cu mecanisme similare au fost identificate în numeroase organisme eucariote (peste 300).

O altă posibilă semnificație a ARNi poate fi legată de faptul că ciclul de viață și de replicare al multor viruși include o etapă în care genomul viral este alcătuit din ARNd. Acest lucru sugerează că sistemul RNAi a evoluat și pentru a răspunde infecțiilor virale.

ARNi a fost, de asemenea, legat de numeroase procese celulare, cum ar fi formarea centromerului [1] și a structurii heterocromatinei [2] .

Descoperirea

Flori de petunie , organism în care a fost identificat ARNi

Descoperirea revoluționară a ARNi a avut loc întâmplător în urma experimentelor în desfășurare pe organisme vegetale din SUA și Olanda între anii 1980 și 1990 [3] . Mai exact, cercetătorii lucrau la producerea florilor Petunia cu o culoare mai vibrantă. Pentru a realiza acest lucru, au introdus copii suplimentare ale unei gene cunoscute pentru a codifica o enzimă cheie în colorarea petalelor în răsaduri. În mod surprinzător, multe răsaduri tratate în acest fel nu au avut culorile intense așteptate, dar au fost lipsite de culoare. Printr-o analiză mai precisă, cercetătorii au reușit să descopere că atât gena endogenă, cât și transgenul au fost suprimate . Din acest motiv, fenomenul a fost inițial definit ca co-suprimare a expresiei genelor : mecanismul molecular, în orice caz, a rămas necunoscut.

Câțiva ani mai târziu, unii virologi ai plantelor au făcut o observație similară. Cercetarea lor a vizat identificarea mecanismelor de rezistență ale plantelor împotriva virușilor . În acel moment s-a arătat că plantele erau capabile să producă proteine virale specifice. Aceste proteine ​​au fost capabile să facă plantele tolerante sau rezistente la infecțiile virale. În orice caz, au observat că, în mod surprinzător, chiar și plantele cu fragmente scurte de ARN care codifică acele proteine ​​au fost capabile să reziste infecțiilor virale. Au ajuns la concluzia că aceste molecule de ARN erau capabile să atace virușii, să le inhibe replicarea și să se răspândească prin plantă. Acționând invers, au încercat ulterior să introducă secvențe genice scurte în virusurile care infectează plantele. La fel, în urma infecției cu acești viruși, plantele nu au mai putut produce proteine ​​din acele gene specifice. Cercetătorii au numit acest fenomen de mutare a genei indus de viruși (sau VIGS, gen de mutare a genei indusă de virusul englez ). Fenomenele identificate până în acest moment s-au numit mutarea genelor post-transcripționale [4] .

În urma acestor observații inițiale, multe laboratoare au început să cerceteze procesul molecular care stă la baza acestor manifestări. În 1998, americanii Andrew Fire și Craig C. Mello au injectat RNAds în Caenorhabditis elegans , un vierme nematodic, identificând un puternic efect de tăcere. Termenul de interferență ARN a fost inventat cu această ocazie [5] .

În 2006, Fire și Mello au câștigat Premiul Nobel pentru medicină și fiziologie pentru munca lor în domeniul interferenței ARN.

Silențiere genică

ARNi are un număr tot mai mare de aplicații în domeniul ingineriei genetice . În special, ARNi este utilizat pentru a reduce la tăcere expresia genei la marginea oricărei gene. Aceste studii, numite pierderea funcției , ne permit să identificăm rolul unei anumite gene prin oprirea acesteia. Mecanismul ARNi, din acest punct de vedere, este foarte bine adaptabil la acest tip de scop. RNAi, în plus, permite efectuarea studiilor privind pierderea funcției fără a elimina fizic o genă (un proces numit knock-out ): de fapt, oprirea mediată de RNAi este definită generic ca knock-down . Avantajele acestei modalități constau, printre altele, în posibilitatea restabilirii activității genei reduse la tăcere (prin utilizarea sistemelor de transgeneză condiționată) [6] .

Cele mai multe aplicații ale ARNi au fost efectuate pe organisme model precum Caenorhabditis elegans și musca fructelor Drosophila melanogaster [7] [8] . C. elegans este deosebit de util în studiile asupra și cu ARNi, deoarece efectele silențierii genetice asupra acestui organism sunt în general ereditare și deoarece inserția externă a ADN-urilor este deosebit de simplă. Printr-un mecanism ale cărui detalii nu sunt încă bine cunoscute, de fapt, este posibil să se utilizeze bacterii precum Escherichia coli pentru a transfera ARN în organism. C.elegans este hrănit cu aceste bacterii, care astfel transferă ARN la vierme direct în tractul intestinal al animalului. Acest proces este foarte eficient și rapid, precum și mult mai puțin costisitor decât metodele tradiționale, cum ar fi inserarea animalului într-o soluție care conține ARN-ul de transferat sau injectarea aceluiași ARN în gonadele animalului [9] .

Aplicații în medicină

ARNd care inițiază ARNi poate fi utilizat ca medicament . Prima aplicație în acest sens pentru a ajunge la studii clinice a fost pentru tratamentul degenerescenței maculare . De asemenea, s-a dovedit că ARNi este foarte eficient în inversarea leziunilor hepatice la modelele animale de șoareci . O altă posibilă utilizare a acestor medicamente ar putea fi aceea a represorilor genelor esențiale ale numeroșilor agenți patogeni (bacterieni sau virali). În acest fel, așa cum se întâmplă deja pentru majoritatea medicamentelor de pe piață, agentul patogen nu ar putea supraviețui. ARNAi, de exemplu, s-a dovedit a fi eficient în reducerea la tăcere a genelor HIV într-un model de șoarece al bolii.

Deoarece ARNi interferează doar cu moleculele de acid nucleic deja transcrise (și nu direct cu ADN ), ar putea avea o dezvoltare interesantă în domeniul terapiei genice . De fapt, susținătorii terapiilor bazate pe ARNI își amintesc că acestea nu ar ridica toate îndoielile etice pe care pare să le implice în prezent orice intervenție asupra ADN-ului: medicamentele cu ARN , de fapt, ar fi considerate de opinia publică în același mod ca medicamentele din prezent în uz. Din acest motiv, terapiile bazate pe ARNi și ARNi atrag din ce în ce mai multe industrii farmaceutice și biotehnologice.

Notă

  1. ^(EN) Volpe TA și colab. - Reglarea silențierii heterocromatice și a metilării histonei H3 lizină-9 de către ARNi - Știință. 13 septembrie 2002; 297 (5588): 1818-9
  2. ^(EN) Schramke V și colab . ARN-urile de păr și LTR-urile retrotranspozitive efectuează ARNi și silențiere pe bază de cromatină - gena științifică . 22 august 2003; 301 (5636): 1060-1
  3. ^(EN) Napoli C, Lemieux C. și Jorgensen R. (1990) "Introducerea unei gene calcone sintază în petunie are ca rezultat o co-supresie reversibilă a genelor omoloage în trans." Plant Cell 2: 279-289 Arhivat 8 mai 2006 la Internet Archive .
  4. ^(EN) Dehio C. și Schell J. (1994). "Identificarea locurilor genetice ale plantelor implicate într-un mecanism post transcripțional pentru mutarea transgenă reversibilă meiotic". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 91 (12): 5538-5542 Arhivat 8 mai 2006 la Internet Archive .
  5. ^(EN) Fire A., S. Xu, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC (1998). „Interferența genetică puternică și specifică de către ARN bicatenar în Caenorhabditis elegans”. Natura 391: 806-11
  6. ^(EN)Chang HS și colab., Folosind tehnica siRNA pentru a genera animale transgenice cu deraparea genelor spatiotemporale și condiționate Am J Pathol. 2004 noiembrie; 165 (5): 1535-41 Arhivat 5 decembrie 2005 la Internet Archive .
  7. ^(EN) Dzitoyeva S și colab., Receptorul 1 al acidului gamma-aminobutiric B mediază acțiunile care afectează comportamentul alcoolului în Drosophila: interferență ARN la adulți și dovezi farmacologice, Proc Natl Acad Sci SUA 2003 29 aprilie; 100 (9): 5485 -90 Arhivat 8 mai 2006 la Internet Archive .
  8. ^(EN) Dzitoyeva S și colab., Identificarea unei noi gene Drosophila, fără centură, utilizând interferență injectabilă ARN embrionară și adultă (ARNi), BMC Genomics. 2003 12 august; 4 (1): 33 Arhivat 8 mai 2006 la Internet Archive .
  9. ^(EN) Fortunato A et al, ncover interacțiuni genetice în Caenorhabditis elegans prin interferență ARN, Rep. Biosci. 2005 Oct-Dec; 25 (5-6): 299-307

Alte proiecte

linkuri externe

Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=RNA_interference&oldid=120653848 ”