ARN interferent scurt

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O moleculă de ARNsi (A) și procesul molecular de interferență ARN pe care molecula este capabil să îl inițieze

Un ARN de interferență mic (sau ARN de interferență scurtă , tradus ca ARN de interferență scurtă ), cunoscut în mod obișnuit ca siARN , este o clasă de molecule de ARN dublu catenar, cu o lungime de 19-21 nucleotide , capabile să joace numeroase roluri biologice.

Mai precis, siARN-urile sunt implicate în principal în calea de interferență a ARN - ului , ceea ce duce la interferența expresiei genelor specifice cu secvențe de nucleotide complementare, degradând ARNm după transcripție, în așa fel încât să împiedice traducerea. De asemenea, joacă un rol important în alte procese legate de ARNi, cum ar fi unele mecanisme antivirale sau în modelarea structurii cromatinei .

Mecanismul exact al tuturor acestor procese are o caracterizare completă și exhaustivă doar în ultimii ani. SiRNA-urile au fost identificate inițial de către grupul de cercetare al lui David Baulcombe din Norwich ca un jucător major în așa-numita genă post-transcripțională de tăcere la plante [1] . Ulterior, în 2001 , siRNA sintetice au fost utilizate pentru a induce ARNi în celulele mamiferelor de către grupul de cercetare al lui Thomas Tuschl [2] . Aceste descoperiri au condus la un interes tot mai mare pentru RNAi și posibilele sale aplicații în cercetare și în clinică.

Structura

Într-o moleculă tipică de ARNsi, cele 19 nucleotide centrale sunt împerecheate, în timp ce cele două de la capăt sunt proeminente

SiARN-urile au o structură bine definită, constând dintr-un ARN dublu catenar scurt (RNAds), compus de obicei din 21 de nucleotide , cu două nucleotide care ies la fiecare dintre cele două capete 3 '. Această structură este rezultatul procesării enzimei Dicer , care transformă molecule lungi de RNAds sau shRNA (molecule de ARN care formează ac de păr) în siARN [3] . SiRNA-urile pot fi introduse artificial din exterior prin metode specifice de transfecție, pentru a induce tăcerea unor gene specifice. Teoretic, orice genă a cărei secvență este cunoscută poate fi vizată pentru un ARNsi. Acest lucru a făcut din ARNsi un instrument important pentru studiile funcției genetice și dezvoltarea de noi medicamente.

Inducerea ARNi prin ARNsi sau precursorii acestuia

Enzima Dicer

Transfecția unui ARNsi exogen poate fi problematică, deoarece mutarea genetică este doar tranzitorie, în special în celulele cu creștere rapidă. O modalitate de a depăși această problemă este de a introduce un vector (cum ar fi o plasmidă ) capabil să exprime molecula de ARNsi dorită în celula țintă. Acest lucru este posibil prin proiectarea de vectori capabili să producă molecule RNAds care conțin un ac de păr (numit shRNA, ARN mic de ac de păr ): aceste molecule au avantajul de a fi transcrise exact ca orice alt ARN. Acești vectori sunt, de fapt, capabili să transcrie ARNs prin promotori eucariote specifici pentru ARN polimeraza III (cum ar fi promotorul genei umane H1, care codifică un ARN catalitic sau promotorul snoRNA U6), care induc de obicei transcrierea copiilor ARN nuclear (sau snARN, de la ARN nuclear mic ) implicat în splicing . ShARN rezultat din transcriere este procesat în siARN de RNase Dicer , deși implicarea efectivă a Dicer în acest pas nu este încă confirmată de întreaga comunitate științifică [4] .

Activarea ARN-ului

Recent s-a descoperit că dsRNA poate activa, de asemenea, expresia genelor printr-un mecanism care a fost denumit „activare genetică indusă de ARN mic” sau ARNa. DsARN-urile care vizează promotorii genelor s-au dovedit a induce activarea transcripțională puternică a genelor asociate. ARNa au fost descoperiți în celulele umane folosind dsRNA sintetice, numite „ARN-uri mici activatoare” (ARNs). În prezent nu se știe dacă ARNa este conservat în alte organisme. [5]

Specificitatea siARN-urilor

ARNi se intersectează cu alte câteva procese celulare. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că introducerea siARN în celulă poate induce unele efecte nespecifice. O celulă de mamifer , de exemplu, poate interpreta o moleculă RNAds ca un compus de origine virală , inițiat un răspuns imun [6] . Mai mult, din moment ce microARN-urile (moleculele produse de celulă pentru a regla expresia genelor ) sunt extrem de asemănătoare în structură cu siARN-urile, este posibilă și interferența nedorită cu această cale .

Imunitate înnăscută

Introducerea prea multor ARNsi poate genera diverse răspunsuri celulare nespecifice capabile să activeze un răspuns imun înnăscut. Majoritatea lucrărilor științifice par să indice că acest lucru se datorează prezenței PKR [7] , un senzor celular pentru RNAds, iar implicarea genei RIG-I (acronim pentru genul I inductibil al acidului retinoic ) pare probabilă. O modalitate promițătoare de a reduce efectul nespecific este de a adapta siARN-urile pentru a-și asuma structura unui microARN. Deoarece prezența citosolică a microARN-urilor este absolut naturală și implică unul dintre cele mai puternice mecanisme de silențiere celulară, această abordare promite să fie foarte eficientă, permițând încorporarea concentrațiilor mai scăzute de siARN pentru o silențiere mult mai eficientă și selectivă.

Ținte greșite

S-a constatat că unele ARNm care nu sunt perfect complementare cu molecula administrată de ARNsi pot suferi în continuare degradări [8] . Acest lucru duce la o nespecificitate a acțiunii siRNA. Cu toate acestea, această problemă poate fi depășită printr-o proiectare atentă a ARNsi. Construcția siARN-urilor optimizate pentru a obține specificitatea maximă este de obicei realizată cu sprijinul algoritmilor capabili să selecteze cea mai bună compoziție. Numeroasele studii în desfășurare privind expresia genelor și caracteristicile transcriptomului permit în prezent să rafineze acești algoritmi.

Perspective de viitor

Posibilitatea de a reduce în mod teoretic orice genă prin ARNi indus de ARNsi stârnește un mare interes atât în ​​comunitatea științifică, cât și în industria farmaceutică și biotehnologică.

ARNsi în cercetarea de bază

Utilizarea siRNA și a shRNA-urilor conexe pentru a reduce la tăcere anumite gene devine un instrument util de tăcere a genelor pentru cercetarea de bază. Cu toate acestea, mai multe probleme rămân de depășit. Una dintre cele mai mari provocări pentru terapiile bazate pe ARNsi și ARNi este „livrarea” intracelulară. [9] „Livrarea” de ARNsi prin intermediul nanoparticulelor a arătat rezultate promițătoare. [9] [10] Oligo siRNA-urile in vivo sunt vulnerabile la degradarea plasmatică și a nucleozelor tisulare [10] și au demonstrat doar o ușoară eficacitate în ținte localizate, cum ar fi ochiul uman. [11] Utilizarea ADN pur este o provocare, datorită dimensiunii lor mari și datorită faptului că structura le împiedică să se răspândească ușor pe membrane. [9] Oligo siRNA pare să ocolească această problemă datorită dimensiunilor mici, 21-23 oligo. Permițând sosirea lor la destinație prin vectori, numiți nanovectori. [11] Un nanovector bun pentru direcționarea ARNsi ar trebui să protejeze ARNsi de degradare prin creșterea prezenței ARNsi în organul țintă și facilitarea absorbției celulare. Cele trei grupuri principale de nano-purtători de siRNA sunt: ​​pe bază de lipide sau fără lipide, organice și anorganice. Nanopurtătorii pe bază de lipide sunt excelente pentru direcționarea ARNsi pentru tumorile solide, dar alte tipuri de tumori pot necesita mai multe nanoparticule organice non-lipidice, cum ar fi nanoparticulele pe bază de ciclodextrină. [10] SiRNA-urile distribuite prin intermediul nanoparticulelor pe bază de lipide au potențial terapeutic pentru tulburările sistemului nervos central (SNC), dar bariera hematoencefalică (BBB) ​​blochează adesea accesul la potențiali agenți terapeutici pentru creier. ARNsi distribuite de nanoparticule pe bază de lipide sunt capabile să traverseze complet BBB [12] . O altă problemă în livrarea siRNA este problema off-targeting. Deoarece genele sunt citite în ambele direcții, există posibilitatea ca, pe lângă interferența cu ARNm țintă, siRNA din cealaltă catenă să interfereze cu o altă proteină implicată într-o altă funcție. Mai mult, siARN-urile prezintă o eficacitate diferită în diferite tipuri de celule, aparent fără discriminare (nu este posibil să se definească cu exactitate dacă un tip de celulă răspunde la ARNsi sau nu). În orice caz, problema răspunsurilor celulare nespecifice rămâne, încă slab înțeleasă. Până când aceste două probleme nu vor fi pe deplin înțelese și rezolvate, nu va fi posibilă producerea de medicamente cu acid nucleic pe deplin fiabile .

ARNsi în cercetarea farmaceutică

Având în vedere potențialul intervenției farmacologice asupra ARNm, au început numeroase screening- uri ale transcriptomilor, precum și numeroase teste funcționale ale numeroaselor ARNsi. Deoarece procesele patologice depind de obicei de expresia nereglementată a diferitelor gene, de fapt, este de așteptat ca administrarea siARN să fie capabilă să oprească această expresie (prin RNAi); acest lucru ar putea duce la o îmbunătățire semnificativă a terapiilor paliative utilizate în prezent. Faza I a studiilor clinice a două medicamente ARN (în special pentru tratamentul degenerescenței maculare ) arată, de fapt, că ARNsi sunt bine tolerate și prezintă o eficacitate bună. Într-un alt studiu clinic de fază 1, 41 de pacienți cu cancer avansat metastazat la ficat au primit ARNi conjugat cu nanoparticule lipidice. ARNi vizează două gene care codifică proteinele cheie în creșterea celulelor tumorale, factorul de creștere endotelial vascular (VEGF) și proteina kinesin spindel (KSP). Rezultatele au arătat beneficii clinice, cu stabilizarea cancerului după șase luni sau regresia metastazei la unii dintre pacienți. Analiza farmacodinamică a probelor de biopsie ale pacienților a relevat prezența ARNi în probe, demonstrând că moleculele ating ținta desemnată. [13] Unele dovezi au indicat faptul că siRNA-urile orientate către Ebola pot fi eficiente ca profilaxie post-expunere la oameni, 100% dintre primate supraviețuind unei doze letale de Ebolavirus Zaire , cea mai letală tulpină. [14] Prin urmare, ARNsi și inducerea asociată a ARNi, prin urmare, promit să dea viață unei noi clase importante de medicamente.

Notă

  1. ^(EN) Hamilton AJ, Baulcombe DC, O specie de ARN antisens mic în mutarea genelor posttranscripționale la plante, Știință. 29 octombrie 1999; 286 (5441): 950-2
  2. ^(EN) Elbashir SM și colab., Duplexurile ARN-urilor de 21 nucleotide mediază interferența ARN în celulele de mamifere cultivate, Nature. 2001 24 mai; 411 (6836): 494-8
  3. ^(EN) Emily Bernstein și colab., Rolul unei ribonucleaze bidentate în etapa de inițiere a interferenței ARN, Nature 409, 363-366 (18 ianuarie 2001)
  4. ^(EN) Kim DH și colab Substraturi sintetice dsRNA Dicer Îmbunătățesc potența și eficacitatea RNAi. Nature Biotechnology 23, 222 - 226 (2004)
  5. ^ Li LC,Activare genetică mediată de ARN mic. ARN și reglementarea expresiei genei: un strat ascuns de complexitate , Caister Academic Press, 2008, ISBN 978-1-904455-25-7 .
  6. ^(EN) Sledz CA și colab. Interferența ARN și căile activate cu ARN dublu catenar. Biochimie. Soc. Trans .. (2004) 32, (952-956)
  7. ^(EN) Zhang Z și colab. Proteinele de legare a ARNsi ale celulelor microgliene: PKR este un ligand neprevăzut. J Cell Biochem. 15 aprilie 2006; 97 (6): 1217-29
  8. ^(EN) Birmingham și colab. 3 'UTR match matches, dar nu identitatea generală, sunt asociate cu RNAi off-target Nature Methods 3, 199-204 (2006)
  9. ^ a b c Petrocca, Fabio și Lieberman, Promisiunea și provocarea terapiei bazate pe interferențe ARN pentru cancer , în Journal of Oncology. Biologia neoplaziei , vol. 29, nr. 6.
  10. ^ a b c H Shen, T Sun și M Ferrari,Nanovector livrarea de ARNsi pentru terapia cancerului , în Cancer Gene Therapy , vol. 19, nr. 6, pp. 367–373, DOI : 10.1038 / cgt.2012.22 .
  11. ^ a b John C. Burnett și John J. Rossi, ARN-based Therapeutics: Current Progress and Future Prospects , în chimie și biologie , vol. 19, nr. 1, 27 ianuarie 2012, pp. 60–71, DOI : 10.1016 / j.chembiol.2011.12.008 . Adus la 11 iulie 2016 .
  12. ^ Gomes, Dreier, Brewer et. al., O nouă abordare pentru un model de barieră hematoencefalică bazat pe vezicule fosfolipidice: dezvoltarea membranei și permeabilitatea nanoparticulelor încărcate cu siRNA. , în Journal of Membrane Science , 503. p.8-15. Publicat: martie 2016 ..
  13. ^ Josep Tabernero, Geoffrey I. Shapiro și Patricia M. LoRusso, primul studiu la oameni cu o interferență ARN care vizează VEGF și KSP la pacienții cu cancer cu afectare hepatică , în Cancer Discovery , vol. 3, nr. 4, 1 aprilie 2013, pp. 406–417, DOI : 10.1158 / 2159-8290.CD-12-0429 . Adus la 11 iulie 2016 .
  14. ^ Thomas W. Geisbert, Amy CH Lee și Marjorie Robbins, Protecție post-expunere a primatelor neumane împotriva unei provocări letale de virus Ebola cu interferență ARN: un studiu de dovadă a conceptului , în Lancet (Londra, Anglia) , vol. 375, nr. 9729, 29 mai 2010, pp. 1896–1905, DOI : 10.1016 / S0140-6736 (10) 60357-1 . Adus la 11 iulie 2016 .

Elemente conexe

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=Short_interfering_RNA&oldid=118582305 ”