Wikipedia

RNK-inducirani kompleks utišavanja

RNK-inducirani kompleks utišavanja ili RISC je multiproteinski kompleks, konkretno ribonukleoprotein, koji funkcionira u utišavanju gena putem različitih putevsa na transkripcijskom i translacijskom nivou.[1] Koristeći jednolančane fragmente RNK (ssRNK), kao što je mikroRNK (miRNK), ili dvolančane male interferirajuće RNK (siRNA), kompleks funkcionira kao ključni alat u regulaciji djelovanja gena.[2] Jednolančana sekvenca RNK djeluje kao predložak za RISC da prepozna komplementarnu transkript iRNK (iRNK). Kada je pronađen, jedan od proteina u RISC-u, argonaut, aktivira i cijepa iRNK. Ovaj proces naziva se interferencijska RNK (RNKi) i nalazi se u mnogih eukariota; to je ključni proces u odbrani od virusne infekcije, jer ga pokreće prisustvo dvolančane RNK (dsRNK).[1][3][4]

Otkriće

uredi

Biohemijska identifikacija RISC-a obavili su Gregory Hannon i njegove kolege iz Laboratorije Cold Spring Harbor.[5] Bilo je to samo nekoliko godina nakon što su Andrew Fire i Craig Mello, 2006. godine podijelili Nobelovu nagrada za fiziologiju ili medicinu, za otkriće interferencije RNK.[3]

 
Drosophila melanogaster

Hannon i njegove kolege pokušali su identificirati mehanizme RNKi koji su uključeni u utišavanje gena, pomoću dsRNK, u ćelijama Drosophila . Drozofilske S2 ćelije su transficirane lacZ ekspresije vektora za kvantifikaciju ekspresije gena sa β-galaktozidaznom aktivnošću. Njihovi rezultati pokazali su ko-transfekciju s lacZ dsRNK, sa značajno smanjenom aktivnošću β-galaktozidaze, u odnosu na kontrolnu dsRNK. Stoga dsRNK kontroliraju ekspresiju gena putem sekvence komplementarnosti.

S2 ćelije su zatim transficirane sa Drosophila ciklin E dsRNK. Ciklin E je bitan gen za napredovanje ćelijskog ciklusa u S-fazu. Ciklin E dsRNK zaustavio je ćelijski ciklus u G1 fazi (prije S faze). Prema tome, RNKi može ciljati endogena gene.

Pored toga, ciklin E dsRNK samo je smanjio ciklinu E RNK-sličan rezultat, koji je je također prikazan upotrebom dsRNK, koja odgovara ciklinu A koji deluje u S, G2 i M fazi ćelijskog ciklusa. To pokazuje karakteristično obilježje RNKi: smanjeni nivi iRNK odgovaraju nivoima dodane dsRNK

Da bi se isprobalo da li je njihovo opažanje smanjenih nivoa mRNK posljeedica direktnog ciljanja mRNK (kao što sugeriraju podaci iz drugih sistema), S2 ćelije Drosophila transficirane su ili dsRNK Drosophila ciklinom E ili lacZ dsRNK, a zatim se inkubiraju sa sintetskom iRNK za ciklin E ili lacZ.

Ćelije transficirane ciklinom E dsRNA pokazale su razgradnju samo u ciklin E transkriptima – lacZ transkripti bili su stabilni. Suprotno tome, ćelije transficirane sa lacZ dsRNK pokazale su razgradnju samo u lacZ transkriptima, a ne u ciklinskim E-transkriptima. Njihovi rezultati naveli su Hannona i saradnike da sugeriraju da RNKi razgrađuje ciljanu iRNK putem aktivnosti specifične za sekvencu. Nukleazi dali su naziv enzim RISC[5]

Funkcija interferencije RNK

uredi
 
PIWI domen protrina zvanog argonaut u kompleksu sa dvolančanom RNK

Inkorporacija siRNK/miRNK

uredi

RNaza III Dicer je kritični član RISC-a koji pokreće proces interferencije RNK, proizvodnjom dvolančane siRNK ili jednolančane miRNK. Enzimsko cijepanje dsRNK unutar ćelije stvara kratke fragmente siRNK dužine 21-23 nukleotida s dvonukleotidnim 3 '.[6][7] Dicer na sličan način obrađuje i pre-miRNK, koja formira strukturu ukosnice, oponašajući dsRNK. Fragmenti DsRNK učitavaju se u RISC, pri čemu svaki lanac ima drugačiju sudbinu, na osnovu fenomena pravila asimetrije, izborom jednog lanca kao vodećeg u odnosu na drugi, na osnovu termodinamičke stabilnosti.[8][9][10][11] Novo generirana miRNK ili siRNA djeluju kao jednolančane sekvence vodiča za RISC da ciljaju iRNK za razgradnju.[12][13]

 
Dio interferencijskog puta RNK s različitim načinima na koje RISC može utišati gene putem njihove iRNK

RISC-vezani proteini

uredi

Kompletna struktura RISC-a još uvijek nije riješena. Mnoga istraživanja su izvijestila o velikom broju veličina i komponenata RISC-a, ali nije potpuno sigurno je li to zbog mnogobrojnostu kompleksa ili zbog različitih izvora koje koriste različite studije.[14]

Tabela 1: Kompleksi uključeni u sklop i funkciju RISC Prema tabeli iz Sontheimer (2005)[14]
Kompleks Izvor Poznate/očigledne komponente Procjena veličine Vidljivaa funkcija u RNKi putu
Dcr2-R2D2[15] S2 ćelije D. melanogaster Dcr2, R2D2 ~250 kDa Prerada dsRNK, veznje siRNK
RLC (A)[16][17] Embrioni D. melanogaster Dcr2, R2D2 NR Prerada dsRNK, vezanje siRNK, prekursor RISC-a
Holo-RISC[16][17] Embrioni D. melanogaster Ago 2, Dcr1, Dcr2, Fmr1/Fxr, R2D2, Tsn, Intronski gen Vasa|Vig]] ~ 80S Vezivanje i cijepanje ciljane RNK
RISC[5][18][19][20] S2 ćelije D. melanogaster Ago2, Fmr1/Fxr, Tsn, Vig ~500 kDa Vezivanje i cijepanje ciljane RNK
RISC[21] S2 ćelije D. melanogaster Ago2 ~140 kDa Vezivanje i cijepanje ciljane RNK
Fmr1-asocirani kompleks[22] S2 ćelije D. melanogaster L5, L11, 5S rRNA, Fmr1/Fxr, Ago2, Dmp68 NR Moguće vezivanje i cijepanje ciljane RNK
Minimalni RISC[23][24][25]< Ćelije HeLa eIF2C1 (Ago1) or eIF2C2 (Ago2) ~160 kDa Vezivanje i cepanje ciljane RNK
miRNP[26][27] Ćelije HeLa eIF2C2 (ago2), Gemin3, Gemin4 ~550 kDa Pridruživanje miRNK, vezivanje i cijepanje ciljane RNK

Ago, Argonaut; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster ortolog p68 R68 unvindaza RNK; eIF2C1, faktor inicijacije eukariotske translacije 2C1; eIF2C2, faktor inicijacije eukariotske translacije 2C2; Fmr1 / Fxr, D. melanogaster ortolog fragilnog-X proteina mentalne invalidnosti; miRNP, miRNK-proteinski kompleks; NR, nije prijavljeno; Tsn, Tudor-stafilokokna nukleaza; Vig, vas intronski gen.

 
Argonautni protein pune dužine iz arhejske vrste Pyrococcus furiosus

Bez obzira na to, očito je da su argonautni proteini prisutni i bitni su za funkciju. Nadalje, postoje uvidi u neke od ključnih proteina (uz argonaute) unutar kompleksa, koji omogućavaju RISC-u da obavlja svoju funkciju.

Argonautni proteini

uredi
Glavni članak: Argonaut

Argonaut proteini su porodica proteina koja se nalazi i i kod prokariota i eukariota. Njihova funkcija u prokariotima je nepoznata, ali u eukarionima su odgovorni za RNKi.[28] Osam je članova porodice u ljudskim argonautima, od kojih je samo argonaut 2 isključivo uključen u ciljano cijepanje RNK u RISC.[29]

 
Kompleks za učitavanje RISC omogućava učitavanje fragmenata dsRNA (generiranih putem Dicer-a) na Argonautu 2 (uz pomoć TRBP-a) kao dio interferencijskog puta RNK.

RISC-učitavajući kompleks

uredi

RISC-učitavajući kompleks (RLC) je bitna struktura, potrebna za učitavanje fragmenata dsRNK u RISC, kako bi se ciljala iRNK. RLC se sastoji od ledila, proteina koji veže RNK-vezujuću transaktivaciju (TRBP) i Argonauta 2.

  • Dicer je RNaza III, endonukleaza koja generira fragmente dsRNK za učitavanje koji usmjeravaju RNKi.
  • TRBP je protein sa tri dvolančana RNK-vezujuća domena.
  • Argonaut 2 je RNaza i katalitski je centar RISC-a.Dicer se pridružuje s TRBP i argonautom 2, kako bi olakšao prijenos fragmenata dsRNK, koje je generirao Dicer u Argonautu 2.[30][31]

Novija istraživanja pokazala su da bi ljudska RNK-helikaza A mogla pomoći u olakšavanju RLC.[32]

Ostali proteini

uredi

Nedavno identificirani članovi RISC-a su SND1 i MTDH.[33] SND1 i MTDH su onkogeni i regulišu različite ekspresije gena.[34]

Tabela 2: Biohemijski dokumentovani proteini povezani sa RISC Na bazi tabele po Sontheimeru (2005)[14]
Protein Vrsta i nađeni protein
Dcr1[16] D. melanogaster
Dcr2[15][16][17] D. melanogaster
R2D2[16][17] D. melanogaster
Ago2[16][18][21][22] D. melanogaster
Dmp68[22] D. melanogaster
Fmr1/Fxr[16][19][22] D. melanogaster
Tsn[16][20] D. melanogaster
Vig[16][19] D. melanogaster
Poliribosomi, ribosomske komponente[5][16][18][22][35] D. melanogaster, T. brucei
eIF2C1 (Ago1)[23] H. sapiens
eIF2C2 (Ago2)[23][24][27][29] H. sapiens
Gemin3[26][27] H. sapiens
Gemin4[26][27] H. sapiens

Ago, Argonaute; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster ortolog p68 R68 unwindase RNK; eIF2C1, faktor inicijacije eukariotske translacije 2C1; eIF2C2, faktor inicijacije eukariotske translacije 2C2; Fmr1/Fxr, D. melanogaster ortolog krhkog-X proteina mentalne retardacije; Tsn, Tudor-stafilokokna nukleaza; Vig, vas intronski gen.

Vezanje iRNK

uredi
 
Dijagram aktivnosti RISC-a sa miRNK

Još uvijek nije jasno kako aktivirani RISC kompleks locira ciljne iRNK u ćeliji, iako je pokazano da se proces može dogoditi u situacijama izvan trajne translacije proteina iz iRNK.[36]

Endogeno eksprimirana miRNK u metazoa obično nije savršeno komplementarna velikom broju gena i na taj način moduliraju ekspresiju, translacijskom represijom.[37][38] Međutim, u biljkama proces ima mnogo veću specifičnost da cilja iRNK i obično se svaka miRNK veže samo za jednu iRNK. Veća specifičnost znači da je vjerovatnije da će doći do razgradnje iRNK.[39]

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ a b Pratt AJ, MacRae IJ (2009). "The RNA-induced silencing complex: A versatile gene-silencing machine". Journal of Biological Chemistry. 284 (27): 17897–17901. doi:10.1074/jbc.R900012200. PMC 2709356. PMID 19342379.
  2. ^ Filipowicz W, Bhattacharyya SN, Sonenber N (2008). "Mechanisms of post-transcriptional regulation by microRNAs: are the answers in sight?". Nature Reviews Genetics. 9 (2): 102–114. doi:10.1038/nrg2290. PMID 18197166.
  3. ^ a b Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC (1998). "Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans". Nature. 391 (6669): 806–811. doi:10.1038/35888. PMID 9486653.
  4. ^ Watson, James D. (2008). Molecular Biology of the Gene. San Francisco, CA: Cold Spring Harbor Laboratory Press. str. 641–648. ISBN 978-0-8053-9592-1.
  5. ^ a b c d Hammond SM, Bernstein E, Beach D, Hannon GJ (2000). "An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature. 404 (6775): 293–296. doi:10.1038/35005107. PMID 10749213.
  6. ^ Zamore PD, Tuschl T, Sharp PA, Bartel DP (2000). "RNAi: double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals". Cell. 101 (1): 25–33. doi:10.1016/S0092-8674(00)80620-0. PMID 10778853.
  7. ^ Vermeulen A, Behlen L, Reynolds A, Wolfson A, Marshall W, Karpilow J, Khvorova A (2005). "The contributions of dsRNA structure to Dicer specificity and efficiency". RNA. 11 (5): 674–682. doi:10.1261/rna.7272305. PMC 1370754. PMID 15811921.
  8. ^ Hutvagner, Gyorgy (2005). "Small RNA asymmetry in RNAi: Function in RISC assembly and gene regulation". FEBS Letters (jezik: engleski). 579 (26): 5850–5857. doi:10.1016/j.febslet.2005.08.071. ISSN 1873-3468. PMID 16199039. Arhivirano s originala, 20. 4. 2021. Pristupljeno 9. 6. 2021.
  9. ^ Schwarz DS, Hutvágner G, Du T, Xu Z, Aronin N, Zamore PD (2003). "Asymmetry in the assembly of the RNAi enzyme complex". Cell. 115 (2): 199–208. doi:10.1016/S0092-8674(03)00759-1. PMID 14567917.
  10. ^ Khvorova A, Reynolds A, Jayasena SD (2003). "Functional siRNAs and miRNAs exhibit strand bias". Cell. 115 (2): 209–216. doi:10.1016/S0092-8674(03)00801-8. PMID 14567918.
  11. ^ Siomi H, Siomi MC (2009). "On the road to reading the RNA-interference code". Nature. 457 (7228): 396–404. doi:10.1038/nature07754. PMID 19158785.
  12. ^ Preall, Jonathan B.; Sontheimer, Erik J. (18. 11. 2005). "RNAi: RISC Gets Loaded". Cell (jezik: engleski). 123 (4): 543–545. doi:10.1016/j.cell.2005.11.006. ISSN 0092-8674. PMID 16286001.
  13. ^ "RNA interference overview | Abcam". www.abcam.com. Pristupljeno 7. 3. 2021.
  14. ^ a b c Sontheimer EJ (2005). "Assembly and function of RNA silencing complexes". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 6 (2): 127–138. doi:10.1038/nrm1568.
  15. ^ a b Liu Q, Rand TA, Kalidas S, Du F, Kim HE, Smith DP, Wang X (2003). "R2D2, a bridge between the initiation and effector steps of the Drosophila RNAi pathway". Science. 301 (5641): 1921–1925. doi:10.1126/science.1088710. PMID 14512631.
  16. ^ a b c d e f g h i j Pham JW, Pellio JL, Lee YS, Carthew RW, Sontheimer EJ (2004). "A Dicer-2-dependent 80S complex cleaves targeted mRNAs during RNAi in Drosophila". Cell. 117 (1): 83–94. doi:10.1016/S0092-8674(04)00258-2. PMID 15066284.
  17. ^ a b c d Tomari Y, Du T, Haley B, Schwarz DS, Bennett R, Cook HA, Koppetsch BS, Theurkauf WE, Zamore PD (2004). "RISC assembly defects in the Drosophila RNAi mutant armitage". Cell. 116 (6): 831–841. doi:10.1016/S0092-8674(04)00218-1. PMID 15035985.
  18. ^ a b c Hammond SM, Boettcher S, Caudy AA, Kobayashi R, Hannon GJ (2001). "Argonaute2, a link between genetic and biochemical analyses of RNAi". Science. 293 (5532): 1146–1150. doi:10.1126/science.1064023. PMID 11498593.
  19. ^ a b c Caudy AA, Myers M, Hannon GJ, Hammond SM (2002). "Fragile X-related protein and VIG associate with the RNA interference machinery". Genes & Development. 16 (19): 2491–2496. doi:10.1101/gad.1025202. PMC 187452. PMID 12368260.
  20. ^ a b Caudy AA, Ketting RF, Hammond SM, Denli AM, Bathoorn AM, Tops BB, Silva JM, Myers MM, Hannon GJ, Plasterk RH (2003). "A micrococcal nuclease homologue in RNAi effector complexes". Nature. 425 (6956): 411–414. doi:10.1038/nature01956. PMID 14508492.
  21. ^ a b Rand TA, Ginalski K, Grishin NV, Wang X (2004). "Biochemical identification of Argonaute 2 as the sole protein required for RNA-induced silencing complex activity". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (40): 14385–14389. doi:10.1073/pnas.0405913101. PMC 521941. PMID 15452342.
  22. ^ a b c d e Ishizuka A, Siomi MC, Siomi H (2002). "A Drosophila fragile X protein interacts with components of RNAi and ribosomal proteins". Genes & Development. 16 (19): 2497–2508. doi:10.1101/gad.1022002. PMC 187455. PMID 12368261.
  23. ^ a b c Martinez J, Patkaniowska A, Urlaub H, Luhrmann R, Tuschl T (2002). "Single-stranded antisense siRNAs guide target RNA cleavage in RNAi". Cell. 110 (5): 563–574. doi:10.1016/S0092-8674(02)00908-X. hdl:11858/00-001M-0000-0012-F2FD-2. PMID 12230974.
  24. ^ a b Liu J, Carmell MA, Rivas FV, Marsden CG, Thomson JM, Song JJ, Hammond SM, Joshua-Tor L, Hannon GJ (2004). "Argonaute2 is the catalytic engine of mammalian RNAi". Science. 305 (5689): 1437–1441. doi:10.1126/science.1102513. PMID 15284456.
  25. ^ Martinez J, Tuschl T (2004). "RISC is a 5′ phosphomonoester-producing RNA endonuclease". Genes & Development. 18 (9): 975–980. doi:10.1101/gad.1187904. PMC 406288. PMID 15105377.
  26. ^ a b c Mourelatos Z, Dostie J, Paushkin S, Sharma A, Charroux B, Abel L, Rappsilber J, Mann M, Dreyfuss G (2002). "miRNPs: a novel class of ribonucleoproteins containing numerous microRNAs". Genes & Development. 16 (6): 720–728. doi:10.1101/gad.974702. PMC 155365. PMID 11914277.
  27. ^ a b c d Hutvágner G, Zamore PD (2002). "A microRNA in a multiple-turnover RNAi enzyme complex". Science. 297 (5589): 2056–2060. doi:10.1126/science.1073827. PMID 12154197.
  28. ^ Hall TM (2005). "Structure and function of Argonaute proteins". Cell. 13 (10): 1403–1408. doi:10.1016/j.str.2005.08.005. PMID 16216572.
  29. ^ a b Meister G, Landthaler M, Patkaniowska A, Dorsett Y, Teng G, Tuschl T (2004). "Human Argonaute2 mediates RNA cleavage targeted by miRNAs and siRNAs". Molecular Cell. 15 (2): 1403–1408. doi:10.1016/j.molcel.2004.07.007. PMID 15260970.
  30. ^ Chendrimada TP, Gregory RI, Kumaraswamy E, Norman J, Cooch N, Nishikura K, Shiekhatter R (2005). "TRBP recruits the Dicer complex to Ago2 for microRNA processing and gene silencing". Nature. 436 (7051): 740–744. doi:10.1038/nature03868. PMC 2944926. PMID 15973356.
  31. ^ Wang HW, Noland C, Siridechadilok B, Taylor DW, Ma E, Felderer K, Doudna JA, Nogales E (2009). "Structural insights into RNA processing by the human RISC-loading complex". Nature Structural & Molecular Biology. 16 (11): 1148–1153. doi:10.1038/nsmb.1673. PMC 2845538. PMID 19820710.
  32. ^ Fu Q, Yuan YA (2013). "Structural insights into RISC assembly facilitated by dsRNA-binding domains of human RNA helices A (DHX9)". Nucleic Acids Research. 41 (5): 3457–3470. doi:10.1093/nar/gkt042. PMC 3597700. PMID 23361462.
  33. ^ Yoo BK, Santhekadur PK, Gredler R, Chen D, Emdad L, Bhutia S, Pannell L, Fisher PB, Sarkar D (2011). "Increased RNA-induced silencing complex (RISC) activity contributes to hepatocellular carcinoma". Hepatology. 53 (5): 1538–1548. doi:10.1002/hep.24216. PMC 3081619. PMID 21520169.
  34. ^ Yoo BK, Emdad L, Lee SG, Su Z, Santhekadur P, Chen D, Gredler R, Fisher PB, Sarkar D (2011). "Astrocyte elevated gene (AEG-1): a multifunctional regulator of normal and abnormal physiology". Pharmacology & Therapeutics. 130 (1): 1–8. doi:10.1016/j.pharmthera.2011.01.008. PMC 3043119. PMID 21256156.
  35. ^ Djikeng A, Shi H, Tschudi C, Shen S, Ullu E (2003). "An siRNA ribonucleoprotein is found associated with polyribosomes in Trypanosoma brucei". RNA. 9 (7): 802–808. doi:10.1261/rna.5270203. PMC 1370447. PMID 12810914.
  36. ^ Sen GL, Wehrman TS, Blau HM (2005). "mRNA translation is not a prerequisite for small interfering RNA-mediated mRNA cleavage". Differentiation. 73 (6): 287–293. doi:10.1111/j.1432-0436.2005.00029.x. PMID 16138829.
  37. ^ Saumet A, Lecellier CH (2006). "Anti-viral RNA silencing: do we look like plants?". Retrovirology]]. 3: 3. doi:10.1186/1742-4690-3-3. PMC 1363733. PMID 16409629.
  38. ^ Bartel DP (2009). "MicroRNAs: target recognition and regulatory functions". Cell. 136 (2): 215–233. doi:10.1016/j.cell.2009.01.002. PMC 3794896. PMID 19167326.
  39. ^ Jones-Rhoades MW, Bartel DP, Bartel B (2006). "MicroRNAs and their regulator roles in plants". Annual Review of Plant Biology. 57: 19–53. doi:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105218. PMID 16669754.

Dopunska literatura

uredi

Vanjski linkovi

uredi

Šablon:Nukleaze

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=RNK-inducirani_kompleks_utišavanja&oldid=3540262"