миРНК и siPHK: механизмы образования и действия
Открытие явления РНК-интерференции (РНКи, или RNA interference, RNAi) показало способность введенных извне или искусственно экспрессируемых двуцепочечных РНК (дцРНК) избирательно подавлять экспрессию генов- мишеней с гомологичной нуклеотидной последовательностью [ Mello, 2004 ]. Оказалось, что эффектором такого воздействия служит короткая (21-23 нуклеотида) siPHK (short interfering RNA). Почти одновременно была определена роль миРНК , имеющей такие же размеры, в регуляции развития нематоды, причем один из типов миРНК оказался исключительно консервативным, функционирующим у самых разных эукариот [ Bartel, 2004 ]. Механизмы образования миРНК, как выяснилось, обслуживались теми же биохимическими реакциями, которые отвечали за образование siPHK. Результаты этих работ обобщены в ряде обзоров [ Котельников, 2006 , Zeng, 2006 , Kim, 2005 ] и представлены на рис. 1 . Гены миРНК транскрибируются РНК-полимеразой II с образованием первичного транскрипта длиной порядка 1000 нуклеотидов. Эндорибонуклеаза типа РНКазы III ( Drosha ) при участии РНК-связывающего белка DGCR8 вырезает предшественник миРНК (пре-миРНК) размером 60-90 нуклеотидов, который представляет собой несовершенную шпильку с выступающим динуклеотидным З'-ОН-концом. Транспорт пре-миРНК в цитоплазму осуществляется комплексом Ехр5/Ran-GTP, где РНКаза III Dicer с помощью других РНК-связывающих белков отрезает терминальную петлю. Образующийся двуцепочечный интермедиат с выступающими З'-ОН-концами из двух нуклеотидов расплетается, и одна из цепей (зрелая миРНК) входит в состав мультибелкового эффекторного комплекса RISC (RNA-induced silencing complex). Ключевым компонентом RISC является белок Argonaute , узнающий короткие РНК и обладающий потенциальной эндонуклеазной активностью.
При полной комплементарности миРНК и мРНК последняя подвергается эндонуклеазному расщеплению, при неполной комплементарности блокируется трансляция. siPHK образуется из эндогенной или из искусственно введенной двуцепочечной РНК (дцРНК), которая процессируется при участии эндонуклеазы Dicer с образованием дуплекса, сходного по структуре с предшественником миРНК. В RISC, как и в случае миРНК, входит только одна цепь siPHK. Подавление экспрессии генов на уровне трансляции обусловлено связыванием siPHK с комплементарной последовательностью в составе мРНК. siPHK способна также вызывать компактизацию хроматина, связываясь в ядре с комплементарными участками новообразованного транскрипта ( рис. 1 ).
Сходство процессинга миРНК и siPHK позволило предполагать, что пути функционирования этих двух типов коротких РНК могут пересекаться хотя бы потому, что в геноме человека в отличие от геномов других организмов (дрозофила, растения) содержится единственный ген, кодирующий Dicer. Представления о том, что доставка миРНК или siPHK к своим мишеням строго определяется одним из соответствующих вариантов белка Argonaute , подверглись корректировке. Исследования на дрозофиле показали, что эти два класса коротких РНК могут конкурировать за место в одних и тех же эффекторных комплексах, содержащих тот или иной вариант белка Argonaute, т.е. резкого "разделения труда" между siРНК и миРНК и не существует [ Bellare, 2007 ].
Если разнообразие миРНК в организме млекопитающих определяется сотнями соответствующих генов, то вопрос о происхождении эндогенной дцРНК и siРНК в клетках млекопитающих исследован недостаточно. Вероятным источником их образования являются не только повторяющиеся элементы генома, обе нити которых могут служить матрицами при транскрипции, но и другие перекрывающиеся по нуклеотидной последовательности и комплементарные друг другу транскрипты, не кодирующие белки [ Willingham, 2006 ].
Недавно (2007 г.) у дрозофилы и позвоночных, включая млекопитающих, обнаружены короткие РНК ( piPHK ), отличающиеся от миРНК и siPHK своей длиной (26-30 нуклеотидов) и метилированием З'-концевого нуклеотида по 2'-ОН-группе [ Hartig, 2007a ]. Функционирование piPHK обеспечивает развитие и дифференцировку терминальных тканей.
