РНК-интерференция: основные свойства
В ходе уже первых исследований РНК-интерференции при инъекциях двухцепочечной РНК в C. elegans были обнаружены основные свойства этого явления: эффективной при подавлении экспрессии оказывалась двухцепочечная РНК, соответствующая экзонам, в том числе 5' и 3' нетранслируемым областям (UTR), но не интронам или нетранскрибируемой промоторной части гена ( Montgomery et al., 1998 ).
При изучении генов, организованных у C. elegans в опероны, было показано, что двухцепочечная РНК избирательно действует только на один ген в опероне, не затрагивая остальные. Подобное наблюдение свидетельствовало о том, что подавление экспрессии двухцепочечной РНК происходит скорее всего уже после разделения большого транскрипта оперона на отдельные мРНК.
Однако позднее были найдены опероны, для которых возможно действие двухцепочечной РНК на остальные (негомологичные) гены ( Bosher et al., 1999 ). In situ гибридизация показала, что после инъекции двухцепочечной РНК соответствующая мРНК практически полностью исчезает в цитоплазме, однако в ядре ее количество меняется незначительно ( Montgomery et al., 1998 ).
После инъекции двухцепочечной РНК у C. elegans эффект подавления активности гена может наследоваться. При этом, в случае инъекции двухцепочечной РНК к гену, экспрессирующемуся в соматических тканях, эффект наследуется только в первом поколении и пропадает в последующих; однако в случае генов, экспрессирующихся в герминальных тканях , наследование может происходить в течение двух и более поколений ( Grishok et al., 2000 ).
Наследование эффекта РНК-интерференции может происходить и при отсутствии подавляемого гена в геноме, т.е. для передачи сигнала РНК-интерференции нет необходимости в каких-либо изменениях в ДНК или структуре хроматина подавляемого гена ( Grishok et al., 2000 ).
Двухцепочечная РНК способна действовать в очень низких концентрациях. Расчеты показали, что эффективными оказываются концентрации, соответствующие всего нескольким молекулам двухцепочечной РНК на клетку ( Fire et al., 1998 ; Montgomery et al., 1998 ). Таким образом, количество двухцепочечной РНК может быть меньше количества мРНК-мишени, что предполагает механизм ее (двухцепочечной РНК) действия, отличный от предполагаемого при антисмысловом подавлении простого стехиометрического взаимодействия между антисмысловой РНК и мРНК.
Эффективность подавления экспрессии падает с уменьшением размера двухцепочечной РНК. Минимальный размер, способный вызвать эффект, равнялся 37 парам нуклеотидов, но для сильного подавления необходим дуплекс размером более 100 пар нуклеотидов, оптимально - 500-1000 пар нуклеотидов ( Parrish et al., 2000 ).
Позднее, в ходе биохимических исследований РНК-интерференции, была продемонстрирована эффективность коротких (в 21-23 пары нуклеотидов) дуплексов, имеющих особую структуру, моделирующую промежуточные продукты пути РНК-интерференции ( Boutla et al., 2001 ; Elbashir et al., 2001a ; Elbashir et al., 2001c ).
Изученные свойства позволили сформулировать первую модель РНК-интерференции, согласно которой двухцепочечная РНК приводит к пост-транскрипционной деградации гомологичной мРНК в цитоплазме, не затрагивая последовательность ДНК и структуру хроматина гена (т.е. не влияя на его транскрипцию), а также количество пре-мРНК в ядре. Субстехиометрическое действие двухцепочечной РНК на мРНК объяснялось либо усилением активной формы сигнала, либо каталитическим действием двухцепочечной РНК на многие молекулы мРНК, либо комбинацией обоих механизмов.
