Smislenost (genetika)
Smislenost – u molekulskoj biologiji i genetici, odnosi se na molekule nukleinskih kiselina, posebno lanaca DNK ili RNK i prirodu uloga lanaca i njihove komplementarnosti u određivanju sekvenci aminokiselina. Ovisno o kontekstu, smislenost može imati nešto različita značenja. Naprimjer, DNK je pozitivno smislena ako se RNK verzija iste sekvence prepiše ili prevede u protein, negativna ako nije.
Smislena DNK
urediZbog komplementarne prirode uparivanja dušičnih baza između polimera nukleinske kiseline, dvolančana molekula DNK sastoji se od dvije niti sa sekvencama koje su međusobno reverzni komplementi. Da bi se pomoglo u specifičnoj identifikujj svakog lanca, ta dva lanca obično se razlikuju kao "smisleni" i "antismisleni" lanac. Pojedinačni lanac DNK naziva se pozitivno smislenim (takođe pozitivnim (+) ili jednostavno smislenim) ako njegova sekvenca nukleotida direktno odgovara sekvenci transkribirane RNK, koja je prevedena ili se može prevesti u sekvencu aminokiselina (pod uslovom da se bilo koja timinska baza u DNK sekvenci zamijeni uracilnim bazama u sekvenci RNK). Drugi lanac dvolančane molekule DNK naziva se negativno smislenim (također i negativnim (–) ili antismislenim ili antisens), i obrnuto se dopunjuje s pozitivnosmislenim lancem i transkriptom RNK. Zapravo se antisens-lanac koristi kao predložak od kojeg RNK polimeraza konstruira transkript RNK, ali komplementarnim uparivanjem baza, pomoću kojeg dolazi do polimerizacije nukleinske kiseline, što znači da će sekvenca RNK-transkripta izgledati identično smislenom lancu, osim što se u RNK, umjesto timina, nalazi uracil.
Ponekad se, umjesto smisleni i antismisleni, upotrebljavaju termini kodirajući lanac i šablonski predložak ili matrica/kalup, a u kontekstu dvolančane molekule DNK upotreba ovih termina je u suštini jednaka . Međutim, kodirajući/smislenii lanac ne mora uvijek sadržavati kod koji se koristi za stvaranje proteina; mogu se transkribovati i kodirati proteina i nekodirajuća RNK.
Pojmovi "smisleni" i "antismisleni" relativni su samo za određeni transkript RNK , a ne i za lanac DNK u cjelini. Drugim riječima, dati lanac DNK može poslužiti kao smislenini ili antismisleni. Većina organizama s dovoljno velikim genomima ima oba lanca, pri čemu svaki funkcionira kao lanac predloška za različite transkripte RNK na različitim mjestima duž iste molekule DNK. U nekim slučajevima, transkripti RNK mogu se prepisati u oba smjera (tj. na bilo kojem lancu) iz zajedničke promotorske regije, ili se mogu transkribirati iznutra introna, na bilo koji lanac (vidi "ambisens"dolje).[1][2][3]
Antisens DNK
urediSmisleni lanac DNK izgleda kao transkript informacijske RNK (iRNK) i stoga se može koristiti za čitanje očekivane sekvence kodona, koja će se na kraju koristiti tokom translacije (sinteza proteina) za izgradnju aminokiselinske sekvence, a zatim proteina. Naprimjer, sekvenca "ATG" unutar smislenog lanca DNK odgovara kodonu "AUG" u iRNK, koji i kodira aminokiselinu metionin. Međutim, sam taj lanac DNK nije kod svih organizama predložak za iRNK; to je antisens-lanac DNK koji služi kao izvor proteinskog koda, jer se s bazama komplementarnim smislenim lancem DNK biva predložak za iRNK. Budući da transkripcija rezultira RNK proizvodom komplementarnim – matričnom lancu DNK, iRNK je komplementarna antisens-lancu DNK.
Stoga se osnovni triplet 3′-TAC-5 ′ u antisens lancu DNK (komplementaran 5′-ATG-3′ smislenom lancu DNK) koristi kao predložak koji rezultira 5′-AUG-3 ′ baznim tripletom u iRNK. Smisleni lanac DNK imat će triplet ATG, koji izgleda slično iRNK tripletu AUG, ali se neće koristiti za stvaranje metionina, jer se ne koristi izravno za stvaranje iRNK. Smisleni lanac DNK tako se naziva ne zato što će se koristiti za stvaranje proteina (neće biti), već zato što ima sekvencu koja direktno odgovara sekvenci ROD kodona. Po ovoj logici, i sam transkript RNK ponekad se opisuje kao "smisleni".
Primjer dvolančane DNK
uredi- DNK lanac 1: antissmisleni lanac (transkribiran u) → RNK lanac (smisleni)
- DNK lanac 2: smisleni lanac
Neke regije unutar dvolančane molekule DNA kodiraju za gene, a to su obično uputstva koja određuju redoslijed kojim se okupljaju aminokiseline da bi se stvorili proteini, kao i regulacijske sekvence, prerfade mjesta , nekodirajući introne i druge genske proizvode. Da bi ćelija koristila ove informacije, jedan lanac DNK služi kao predložak za sintezu komplementarnog lanca RNK. Transkribirani lanac DNK naziva se šablonski lanac, sa antismislenom sekvencom, a za transkript iRNK proizveden iz njega kaže se da je smislena sekvenca (komplement antismislenog). Za netranskribirani lanac DNK, komplementaran prepisanom lancu, takođe se kaže da ima smislenu sekvencu ; ima istu smislenu sekvencu kao i transkript iRNK (iako su T baze iz DNK supstituirane s U bazama u RNK).
| 3′CGCTATAGCGTTT 5′ | DNK-antismisleni lanac (predložak / nekodiranje) | Koristi se kao predložak za transkripciju. |
| 5′GCGATATCGCAAA 3′ | DNK smislenii lanac (bez predložaka/kodiranje) | Dopunjuje rešetku predloška. |
| 5′GCGAUAUCGCAAA 3′ | Transkript smislene RNK | Lanac RNK koji se transkribuje iz nekodirajućeg (predloška / antisens) lanca. Napomena 1: Osim činjenice da su svi timini sada uracili ( T → U ), on je komplementaran sa nekodirajućim (predložak / antisens) lanac DNK, identičan kodirajućem (nepredlošku / smislenom) lancu DNK. |
| 3′CGCUAUAGCGUUU 5′ | iRNKantisens transkript | RNK lanac koji se transkribuje iz kodirajućeg (nesmislenog/smislenog) lanca. Napomena: Osim činjenice da su svi timini sada zamijenjeni uracilima (T → U), on je komplementaran kodirajućem (nesmislenom /smislenom) lancu DNK i identičan je nekodirajući (smislenu/antismisleni) lanac DNK. |
Imena dodijeljena svakom lancu zapravo ovise o tome smjer pišete sekvencu koja sadrži informacije o proteinima (informacije "osjećaja"), a ne o tome koja je nit označena kao "na gore "ili" na dnu "(što je proizvoljno). Jedine biološke informacije koje su važne za obilježavanje niti su relativne lokacije terminalne 5 ′ fosfatne grupe i terminalne 3 ′ hidroksilne grupe (na krajevima dotičnog lanca ili niza), jer ti krajevi određuju smjer transkripcije i prijevod. Niz napisan 5′-CGCTAT-3 ′ ekvivalentan je nizu zapisan 3′-TATCGC-5 ′ sve dok su zabilježeni 5 ′ i 3 ′ krajevi. Ako krajevi nisu označeni, konvencija treba pretpostaviti da su obje sekvence napisane u smjeru 5′-do-3 ′. "Watsonov lanac" odnosi se na gornji pramen od 5′ do 3′ (5′ → 3′), dok se „Crickov lanac“ odnosi na donji pramen od 5′ do 3′ (3′ ← 5′).[4] I Watson-Crickovi lanci mogu biti ili smislenii ili antismisleni, ovisno o specifičnom genskom proizvodu koji kodiraju.
Naprimjer, oznaka "YEL021W", alias gena URA3, koja se koristi u bazi podataka američkog Nacionalnog centra za biotehnološke informacije (NCBI), označava da je ovaj gen u 21. otvorenom okviru za čitanje (ORF) , lijevo od centromere (L) kvaščevog hromosoma (Y) broj V (E), te da je kodirajući lanac obrasca Watsonov lanac (W). "YKL074C" označava 74. ORF lijevo od centromere hromozoma XI i da je kodirajuća sekvenca Crickovog lanca (C). Još jedan zbunjujući pojam koji se odnosi na "Plus" i "Minus" snop je također široko korišten. Bez obzira da li je lanac smislen (pozitivan) ili antismislen (negativan), zadana sekvenca upita u NCBI BLAST poravnanju je lanac "plus".
Ambismislenost
urediZa jednolančani genom koji se koristi i u pozitivnom i u negativnom smislu kaže se da je ambisensmislen, odnosno ambismislen. Neki virusi imaju ambisensni genom. Bunyaviridae imaju tri fragmenta jednolančane RNK (ssRNK), od kojih neki sadrže i pozitivne i negativne sekcije; arenavirusi su također ssRNK virusi s ambisense genomom, jer imaju tri fragmenta koja su uglavnom negativnog smisleni, osim dijela 5′ krajeva velikog i malog segmenta njihovog genoma.
Antismislena RNK
urediSekvenca RNK koja je komplementarna sa endogenim transkriprom RNK, ponekad se naziva "antismislena RNK". Drugim riječima, to je nekodirajući lanac, koji je komplementaran kodirajućoj sekvenci RNK; sličan je virusnoj RNK negativne smislenosti. Kada iRNK tvori dupleks sa komplementarnom antisens sekvencom RNK, translacija je blokirana. Ovaj proces povezan je sa interferencijom RNK. Ćelije mogu prirodno proizvesti antisensmislene molekule RNK, zvane mikroRNK, koje, u interakciji s komplementarnim molekulama iRNK, inhibiraju njihovu ekspresiju. Koncept je također iskorišten kao tehnika molekularne biologije, vieštačkim uvođenjem transgenskog kodiranja antisensmisle ne RNK, kako bi se blokirala ekspresija gena od interesa. Radioaktivno ili fluorescentno označena antisens RNK može se koristiti za prikaz nivoa transkripcije gena u različitim tipovima ćelija.
Neki alternativni antismisleni strukturni tipovi eksperimentalno su primijenjeni kao antisens terapija. U Sjedinjenim Državama, Uprava za hranu i lijekove (FDA) odobrila je fosforotioat antisensmisleni oligonukleotid fomivirsen (Vitravene) i mipomersen (Kynamro)[5] za humanu terapijsku upotrebu[6].
Smislenost RNK virusa
urediU virusologiji pojam "smisao" ima malo drugačije značenje. Za genom RNK-virusa može se reći ili pozitivno smislen, takođe poznat i kao "plus-lanac", ili negativno smislen, poznat i kao "minus-lanac". U većini slučajeva, izrazi "smislenost" i "antismislenost" koriste se naizmenično, čineći pojmove kao što su "pozitivni lanac" ekvivalent "pozitivnoj smislenosti" i "plus-nit" ekvivalent "plus-smislu". Da li je virusni genom pozitivno ili negativno smislen može se koristiti kao osnova za klasifikaciju virusa.
Pozitivna smislenost
urediTermin pozitivna (5 ′ - do - 3 ′) virusna RNK označava da određena sekvenca virusne RNK može biti direktno prevedena u virusne proteine (npr. one potrebne za replikaciju virusa). Stoga se u pozitivnom smislu RNK genoma virusne RNK može smatrati virusna iRNK i ćelija domaćina može ga odmah translatirati. Za razliku od negativnosmislene RNK, pozitivna je istog smisla kao i iRNK. Neki virusi (npr. Coronaviridae) imaju pozitivnosmislene genome koji mogu djelovati kao iRNK i koristiti se izravno za sintezu proteina, bez pomoći komplementarnog intermedijera RNK. Zbog toga ovi virusi ne trebaju imati RNK-polimerazu upakovanu u virion – RNK-polimeraza će biti jedan od prvih proteina koje ćelija domaćin stvara, jer je potrebna za genom virusa koji će se replicirati.
Negativna smislenost
urediNegativna (3′-do-5 ′) virusna RNK komplementarna je virusnoj iRNK, pa se [pozitivna] RNK mora proizvesti iz nje prije translacije. Poput DNK, negativnosmislena RNK ima nukleotidnu sekvencu komplementarnu sa iRNK koju kodira; također poput DNK, ova RNK ne može se direktno prevesti u protein. Umjesto toga, prvo se mora transkribirati u pozitivnu RNK, koja djeluje kao iRNK. Neki virusi (npr. virusi gripe ) imaju genome negativne smislenosti i zato moraju imati RN- polimerazu unutar viriona.
Antismisleni oligonukleotidi
uredi
Utišavanje gena može se postići uvođenjem u ćelije kratkog "antisens oligonukleotida" koji je komplementaran ciljnoj RNK. Ovaj eksperiment su prvi put uradili Zamecnik i Stephenson 1978.< [7] and continues to be a useful approach, both for laboratory experiments and potentially for clinical applications (antisense therapy).[8] Several viruses, such as influenza viruses[9][10][11][12] Respiratory syncytial virus (RSV)[9] and SARS coronavirus (SARS-CoV),[9] Ciljane su upotrebom antisens oligonukleotida da inhibiraju njihovu replikaciju u ćelijama domaćina.
Ako antissmisleni oligonukleotid sadrži dio DNK ili oponaša DNK (fosforotioatna DNK, 2′F-ANK ili drugi), može aktiviraati Rnazu H da razgradi ciljanu RNK. To čini mehanizam katalitskog utišavanja gena. Dvolančana RNK može djelovati i kao katalitsko, enzim-zavisno antisensmisleno sredstvo putem iRNK / siRNK, uključujući prepoznavanje ciljne iRNK, uparivanjem smislenih i antismislenih lanaca, praćenim degradacijom ciljne iRNK, pomoću RNK-induciranog kompleksa za prigušivanje (RISC). R1-plazmid hok / sok sistem je još jedan primjer enzimskog procesa antisensmislene regulacije putem enzimske razgradnjue rezultirajućeg RNK dupleksa.
Ostali antisens mehanizmi nisu enzimski ovisni, ali uključuju sterno blokiranje njihove ciljne RNK (npr. da bi se spriječilo prevođenje ili izazvalo alternativno spajanje). Sterni blokirni antisensmisleni mehanizmi često koriste oligonukleotide koji su jako modificirani. Budući da nema potrebe za prepoznavanjem RNaze H, to može uključivati hemikalije kao što su 2′-O-alkil, peptid nukleinske kiseline (PNA), zaključana nukleinska kiselina (LNA) i morfolinski oligomeri.
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ Anne-Lise Haenni (2003). "Expression strategies of ambisense viruses". Virus Research. 93 (2): 141–150. doi:10.1016/S0168-1702(03)00094-7. PMID 12782362.
- ^ Kakutani T; Hayano Y; Hayashi T; Minobe Y. (1991). "Ambisense segment 3 of rice stripe virus: the first instance of a virus containing two ambisense segments". J Gen Virol. 72 (2): 465–8. doi:10.1099/0022-1317-72-2-465. PMID 1993885.
- ^ Zhu Y; Hayakawa T; Toriyama S; Takahashi M. (1991). "Complete nucleotide sequence of RNA 3 of rice stripe virus: an ambisense coding strategy". J Gen Virol. 72 (4): 763–7. doi:10.1099/0022-1317-72-4-763. PMID 2016591.
- ^ Cartwright, Reed; Dan Graur (Feb 8, 2011). "The multiple personalities of Watson and Crick strands". Biology Direct. 6: 7. doi:10.1186/1745-6150-6-7. PMC 3055211. PMID 21303550.
- ^ "FDA approves fomivirsen for CMV". healio. 1. 10. 1998. Pristupljeno 18. 9. 2020.
- ^ "FDA approves orphan drug for inherited cholesterol disorder". Drug Topics. 30. 1. 2013. Pristupljeno 18. 9. 2020.
- ^ Zamecnik, P.C.; Stephenson, M.L. (1978). "Inhibition of Rous sarcoma Virus Replication and Cell Transformation by a Specific Oligodeoxynucleotide". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 75 (1): 280–284. Bibcode:1978PNAS...75..280Z. doi:10.1073/pnas.75.1.280. PMC 411230. PMID 75545.
- ^ Watts, J.K.; Corey, D.R. (2012). "Silencing Disease Genes in the Laboratory and in the Clinic". J. Pathol. 226 (2): 365–379. doi:10.1002/path.2993. PMC 3916955. PMID 22069063.
- ^ a b c Kumar, Binod; Khanna, Madhu; Meseko, Clement A.; Sanicas, Melvin; Kumar, Prashant; Asha, Kumari; Asha, Kumari; Kumar, Prashant; Sanicas, Melvin (januar 2019). "Advancements in Nucleic Acid Based Therapeutics against Respiratory Viral Infections". Journal of Clinical Medicine (jezik: engleski). 8 (1): 6. doi:10.3390/jcm8010006. PMC 6351902. PMID 30577479.
- ^ Kumar, Binod; Asha, Kumari; Khanna, Madhu; Ronsard, Larance; Meseko, Clement Adebajo; Sanicas, Melvin (10. 1. 2018). "The emerging influenza virus threat: status and new prospects for its therapy and control". Archives of Virology. 163 (4): 831–844. doi:10.1007/s00705-018-3708-y. ISSN 0304-8608. PMC 7087104. PMID 29322273.
- ^ Kumar, Prashant; Kumar, Binod; Rajput, Roopali; Saxena, Latika; Banerjea, Akhil C.; Khanna, Madhu (2. 6. 2013). "Cross-Protective Effect of Antisense Oligonucleotide Developed Against the Common 3′ NCR of Influenza A Virus Genome". Molecular Biotechnology. 55 (3): 203–211. doi:10.1007/s12033-013-9670-8. ISSN 1073-6085. PMID 23729285.
- ^ Kumar, B.; Khanna, Madhu; Kumar, P.; Sood, V.; Vyas, R.; Banerjea, A. C. (9. 7. 2011). "Nucleic Acid-Mediated Cleavage of M1 Gene of Influenza A Virus Is Significantly Augmented by Antisense Molecules Targeted to Hybridize Close to the Cleavage Site". Molecular Biotechnology. 51 (1): 27–36. doi:10.1007/s12033-011-9437-z. ISSN 1073-6085. PMID 21744034.