Små störande RNA

Litet interfererande RNA eller kort interfererande RNA ( engelska  siRNA, small interfering RNA ) är en klass av dubbelsträngat RNA , 20-25 nukleotider långa . Interaktionen mellan små störande RNA:n med budbärar-RNA (mRNA) från målgenen leder till nedbrytning av den senare (i processen med RNA-interferens ), vilket förhindrar translation av mRNA på ribosomer till det protein som den kodar för . I slutändan är effekten av små störande RNA identisk med effekten av att helt enkelt reducera genuttryck .

I cellen är RNA-interferens en viktig del av de antivirala försvarsmekanismerna och underhållet av kromatinstrukturen . De molekylära mekanismerna för dessa interaktioner undersöks för närvarande, i synnerhet har hypotesen om deltagande av små RNA i RNA-beroende DNA-metylering föreslagits [1] .

Historik

Små störande RNA upptäcktes 1999 av David Bolcombs grupp i Storbritannien som en del av det post-transkriptionella gentystnadssystemet i växter. Gruppen publicerade sina resultat i tidskriften Science [2] .

År 2001 visade Thomas Tuschls grupp att syntetiska små störande RNA kan inducera RNA-interferens i däggdjursceller. Motsvarande resultat publicerades i tidskriften Nature [3] . Denna upptäckt ledde till ett växande intresse för användningen av RNA-interferens för biomedicinsk forskning och läkemedelsutveckling.

Struktur

Små interfererande RNA är korta (typiskt 21 nukleotider långa) dubbelsträngade RNA med två oparade överhäng vid 3'-ändarna.

Var och en av de två RNA-strängarna har en fosfatgrupp vid 5'-änden och en hydroxylgrupp vid 3'-änden. Korta störande RNA med denna struktur bildas som ett resultat av aktiviteten av Dicer -enzymet , vars substrat är långa dubbelsträngade RNA eller korta RNA som innehåller hårnålar [4] . Små störande RNA kan artificiellt införas i celler för att slå ner en viss gen. I detta fall kan uttrycket av nästan vilken gen som helst med en känd nukleotidsekvens ändras medvetet. Denna egenskap gör korta interfererande RNA till ett bekvämt verktyg för att studera genfunktioner och studera läkemedelsmål.

Induktion av RNA-interferens

Riktat undertryckande av genuttryck genom transfektion av exogent störande RNA till celler är förknippat med vissa svårigheter, eftersom gennedbrytning i detta fall är tillfällig, särskilt i snabbt delande celler. Ett sätt att övervinna dessa svårigheter är att införa en vektor i cellen som säkerställer uttrycket av motsvarande lilla interfererande RNA under en längre tidsperiod [5] . En sådan vektor innehåller vanligtvis en U6- eller H1-promotor som tillåter transkription av RNA-polymeras III , som transkriberar små nukleära RNA . Promotorn följs av en kort sekvens av nukleotider som kodar för litet interfererande RNA (19–29 nukleotider) och en sekvens som är komplementär till den, som separeras av 4–11 nukleotider, som bildar en slinga i den sekundära strukturen av litet interfererande RNA. I allmänhet liknar motsvarande transkript en hårnål till formen som ett resultat av komplementär parning av sekvenser i början och slutet. Det antas (även om det inte är tillförlitligt fastställt) att sådana hårnålar sedan omvandlas till korta störande RNA av enzymet Dicer .

RNA-beroende genaktivering

Dubbelsträngat RNA kan öka genuttrycket genom en mekanism som kallas RNA-beroende genaktivering ( RNAa  , liten RNA-inducerad genaktivering ). Det har visats att dubbelsträngade RNA som är komplementära till promotorer av målgener orsakar aktivering av motsvarande gener. RNA-beroende aktivering vid administrering av syntetiska dubbelsträngade RNA har visats i mänskliga celler. Det är inte känt om ett liknande system finns i andra organismers celler. [6]

Uteslutning av ospecifika effekter

Eftersom RNA-interferens skär med många andra reaktionskedjor, kan experimentell introduktion av små störande RNA aktivera ospecifika effekter. Uppkomsten av dubbelsträngade RNA i däggdjursceller kan vara en följd av infektion med ett virus och leder därför till att ett immunsvar utlöses. Dessutom, eftersom strukturellt liknande mikroRNA förändrar genuttrycket genom att inte matcha med mål-mRNA, kan införandet av små störande RNA orsaka en oönskad bieffekt.

Medfödd immunitet

Införandet av en betydande mängd små störande RNA kan orsaka biverkningar på grund av att det medfödda immunsvaret är aktiverat. Detta beror troligen på aktiveringen av proteinkinas R, som är känsligt för små störande RNA, möjligen också involveringen av RIG I-genen ( retinsyrainducerbar gen I ) .  Induktionen av cytokiner genom TLR 7-receptorn ( tullliknande receptor 7 ) har också beskrivits . En lovande metod för att minska biverkningar är att omvandla små störande RNA till miRNA. MikroRNA syntetiseras normalt, därför kan en relativt låg koncentration av små störande RNA som bildas leda till en knockdown-effekt som är jämförbar i styrka. Detta bör minimera biverkningarna.  

Biverkningar

Målfel är en annan svårighet med att använda små störande RNA som ett verktyg för att uppnå gennedbrytning. Gener med ofullständig komplementaritet blockeras av små interfererande RNA (dvs små störande RNA fungerar faktiskt som miRNA), vilket leder till svårigheter att tolka resultaten av experiment och medför risk för toxicitet. Detta kan dock undvikas genom att utforma lämpliga kontroller och designa algoritmer för konstruktion av små störande RNA som resulterar i sådana RNA som inte misslyckas med målet. Genuttryck kan sedan analyseras över genomet, till exempel med hjälp av microarray-teknologi , för att kontrollera målfel och för att ytterligare ställa in algoritmerna .  En artikel från 2006 av Dr. Khvorovas laboratorium undersöker fragment av 6 eller 7 baspar som börjar vid position 2 i litet interfererande RNA som motsvarar 3'UTR-regionen i gener där målet misslyckas [7] .

Möjliga tillämpningar i terapi och hinder för detta

Med förmågan att stänga av i princip vilken gen som helst, har RNA-interferens baserad på små störande RNA genererat ett enormt intresse för grundläggande [8] och tillämpad biologi. Antalet omfattande RNAi-baserade analyser för att identifiera viktiga gener i biokemiska vägar växer ständigt. Eftersom utvecklingen av sjukdomar också bestäms av geners aktivitet, förväntas det i vissa fall att stänga av en gen med litet störande RNA kan ha en terapeutisk effekt.

Tillämpningen av RNA-interferens baserad på små störande RNA på djur, och i synnerhet på människor, möter emellertid många svårigheter. Experiment har visat att effektiviteten av små störande RNA är olika för olika celltyper: vissa celler reagerar lätt på verkan av små störande RNA och visar en minskning av genuttryck, medan detta i andra inte observeras, trots effektiv transfektion . Orsakerna till detta fenomen är fortfarande dåligt förstådda.

Resultaten av de första fasförsöken av de två första RNA-interferensterapeutiska läkemedlen (avsedda för behandling av makuladegeneration ), publicerade i slutet av 2005, visar att läkemedel baserade på små störande RNA:n lätt tolereras av patienter och har acceptabla farmakokinetiska egenskaper [9] .

Preliminära kliniska prövningar av små störande RNA som riktar sig mot ebolavirus indikerar att de kan vara effektiva för profylax efter exponering av sjukdomen. Detta läkemedel möjliggjorde överlevnaden för hela gruppen experimentella primater som fick en dödlig dos av Zairian Ebolavirus [10] .

År 2021 patenterade Institute of Immunology vid Federal Medical and Biological Agency of Russia MIR-19- kombinationsläkemedlet baserat på litet störande RNA avsett för användning i COVID-19 [11] .

Se även

• miRNA

Anteckningar

1. ↑ Galitsky V.A. Hypotes om mekanismen för initiering av de novo DNA-metylering och allelisk uteslutning av små RNA  (ryska)  // Tsitol. - 2008. - T. 50 (4) . - S. 277-286 .
2. ↑ Hamilton A., Baulcombe D. En art av små antisens-RNA i posttranskriptionell gentystnad i växter  //  Science : journal. - 1999. - Vol. 286 , nr. 5441 . - P. 950-952 . - doi : 10.1126/science.286.5441.950 . — PMID 10542148 .
3. ↑ Elbashir S., Harborth J., Lendeckel W., Yalcin A., Weber K., Tuschl T. Duplexer av 21-nukleotid-RNA förmedlar RNA-interferens i odlade däggdjursceller  //  Nature : journal. - 2001. - Vol. 411 , nr. 6836 . - S. 494-498 . - doi : 10.1038/35078107 . — PMID 11373684 .
4. ↑ Bernstein E., Caudy A., Hammond S., Hannon G. Roll för ett bidentat ribonukleas i initieringssteget av RNA-interferens  //  Nature: journal. - 2001. - Vol. 409 , nr. 6818 . - s. 363-366 . - doi : 10.1038/35053110 . — PMID 11201747 .
5. ↑ Miyagishi M., Taira K. Utveckling och tillämpning av siRNA-expressionsvektor  //  Nucleic Acids Research Supplement : journal. - 2002. - Vol. 2 . - S. 113-114 . — PMID 12903131 .
6. ↑ Li LC Liten RNA-medierad genaktivering // RNA och regleringen av genuttryck: ett doldt lager av  komplexitet . – 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. 3' UTR-frömatchningar, men inte övergripande identitet, är associerade med RNAi utanför mål  // Nat Methods  : journal  . - 2006. - Vol. 3 , nr. 3 . - S. 199-204 . - doi : 10.1038/nmeth854 . — PMID 16489337 .
8. ↑ Alekseev OM, Richardson RT, Alekseev O., O'Rand MG Analys av genuttrycksprofiler i HeLa-celler som svar på överuttryck eller siRNA-medierad utarmning av NASP  //  Reproductive Biology and Endocrinology: journal. - 2009. - Vol. 7 . — S. 45 . - doi : 10.1186/1477-7827-7-45 . — PMID 19439102 .
9. ↑ Tansey B. Behandling med makuladegeneration stör RNA-meddelanden , San Francisco Chronicle (11 augusti 2006). Arkiverad från originalet den 6 mars 2009. Hämtad 13 juli 2022.
10. ↑ Skydd efter exponering av icke-mänskliga primater mot en dödlig ebolavirusutmaning med RNA-interferens: en proof-of-concept-studie 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. ↑ FMBA patenterade en nässpray för COVID-19 Arkivkopia daterad 24 juni 2021 på Wayback Machine // Artikel daterad 11 april 2021 " RBC ". M. Kotlyar, A. Batmanova.

Litteratur

• Shen, W., Wang, Q., Shen, Y., Gao, X., Li, L., Yan, Y., ... & Cheng, Y. (2018). Grönt te-katekin främjar dramatiskt RNAi som förmedlas av polymerer med låg molekylvikt . ACS central science, 4(10), 1326-1333. PMC 6202644 doi : 10.1021/accentsci.8b00363
• Charbe, NB, Amnerkar, ND, Ramesh, B., Tambuwala, MM, Bakshi, HA, Aljabali, AA, ... & Zacconi, FC (2020). Litet störande RNA för cancerbehandling: övervinner hinder vid leverans. Acta Pharmaceutica Sinica B. PMC 7714980 doi : 10.1016/j.apsb.2020.10.005
• Zhang, M., & Huang, Y. (2022). siRNA modifiering och leverans för läkemedelsutveckling . Trender inom molekylär medicin. doi : 10.1016/j.molmed.2022.08.003

Ordböcker och uppslagsverk	Stor norsk Britannica (online) Brockhaus