การรบกวน RNA คืออะไร? คำนี้หมายถึงระบบสำหรับควบคุมการทำงานของยีนในเซลล์ยูคาริโอต กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นเนื่องจากโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกสั้น (ไม่เกิน 25 นิวคลีโอไทด์ต่อสายโซ่)
การรบกวน RNA มีลักษณะเฉพาะโดยการยับยั้งการแสดงออกของยีนหลังการถอดเสียงผ่านการทำลายหรือการยับยั้ง mRNA
ความสำคัญ
พบในเซลล์ของยูคาริโอตมากมาย ทั้งเชื้อรา พืช สัตว์
การรบกวน RNA ถือเป็นวิธีสำคัญในการปกป้องเซลล์จากไวรัส เธอมีส่วนร่วมในกระบวนการสร้างตัวอ่อน
เนื่องจากผลของกรดไรโบนิวคลีอิกต่อการแสดงออกของยีน การวิจัยทางชีววิทยาอย่างจริงจังสามารถทำได้ในสิ่งมีชีวิต การเพาะเลี้ยงเซลล์
ก่อนหน้านี้ การรบกวน RNA มีชื่อเรียกอื่น - couppression หลังจากการศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการนี้ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์สำหรับการศึกษากลไกการเกิดขึ้นของแอนดรูว์ ไฟร์ และเครก เมโล กระบวนการนี้จึงถูกเปลี่ยนชื่อ
ประวัติศาสตร์
การรบกวน RNA คืออะไร? การค้นพบนี้เกิดจากการสังเกตเบื้องต้นอย่างจริงจังภายใต้อิทธิพลของantisense RNA ยับยั้งการแสดงออกในยีนพืช
หลังจากนั้นไม่นาน นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันก็ได้รับผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์เมื่อมีการนำทรานส์ยีนเข้าสู่พิทูเนีย นักวิจัยพยายามที่จะปรับเปลี่ยนพืชที่วิเคราะห์เพื่อให้ดอกไม้มีสีที่อิ่มตัวมากขึ้น ในการทำเช่นนี้ พวกเขานำสำเนาเพิ่มเติมของยีนสำหรับเอ็นไซม์ chalcone synthase เข้าไปในเซลล์ ซึ่งมีหน้าที่ในการสร้างเม็ดสีม่วง
แต่ผลการศึกษาคาดเดาไม่ได้โดยสิ้นเชิง แทนที่จะต้องการให้กลีบของพิทูเนียมืดลงตามที่ต้องการ ดอกไม้ของพืชชนิดนี้กลับกลายเป็นสีขาว กิจกรรมที่ลดลงของเอนไซม์ chalcone synthase เรียกว่า couppression
จุดสำคัญ
หลังจากการทดลองเผยให้เห็นถึงผลกระทบต่อกระบวนการของการยับยั้งการแสดงออกของยีนหลังการถอดเสียงจากการถอดเสียงของยีนอันเนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของระดับการเสื่อมสภาพของ mRNA
ในขณะนั้นทราบกันดีอยู่แล้วว่าพืชที่มีโปรตีนพิเศษนั้นไม่ไวต่อการติดเชื้อไวรัส มีการทดลองพิสูจน์แล้วว่าการต้านทานดังกล่าวทำได้โดยการแนะนำลำดับอาร์เอ็นเอของไวรัสสั้นๆ ที่ไม่เข้ารหัสในยีนพืช
การรบกวน RNA ซึ่งกลไกนี้ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ถูกเรียกว่า “การปิดเสียงของยีนที่เกิดจากไวรัส”
นักชีววิทยาเริ่มเรียกผลรวมของปรากฏการณ์ดังกล่าวว่าการยับยั้งการแสดงออกของยีนหลังการถอดเสียงเป็นคำ
Andrew Fire และเพื่อนร่วมงานของเขาพยายามพิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันกับการแนะนำชุดของความหมายRNA และแอนติเซนสร้าง RNA สองสาย เธอคือผู้ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นเหตุผลหลักสำหรับการปรากฏตัวของกระบวนการที่อธิบายไว้
คุณสมบัติของกลไกระดับโมเลกุล
โปรตีน Giardia ลำไส้เล็ก Dicer ถูกเร่งโดยการตัด RNA ที่มีเกลียวคู่เพื่อผลิตชิ้นส่วน RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก โดเมน RNAase เป็นสีเขียว โดเมน PAZ เป็นสีเหลือง และเกลียวยึดเป็นสีน้ำเงิน
การประยุกต์ใช้การรบกวน RNA ขึ้นอยู่กับวิถีภายนอกและภายใน
กลไกแรกขึ้นอยู่กับจีโนมของไวรัสหรือเป็นผลจากการทดลองในห้องปฏิบัติการ RNA ดังกล่าวถูกตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ในไซโตพลาสซึม ประเภทที่สองเกิดขึ้นระหว่างการแสดงออกของยีนแต่ละตัวของสิ่งมีชีวิต เช่น RNA ก่อนไมโคร มันเกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างวงลำต้นเฉพาะภายในนิวเคลียส สร้าง mRNAs ที่โต้ตอบกับคอมเพล็กซ์ RISC
RNA ที่รบกวนเล็กน้อย
พวกมันคือโซ่ที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 20-25 ตัว โดยมีส่วนที่ยื่นออกมาของนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย แต่ละสายมีมอยอิตีไฮดรอกซิลที่ปลาย 3' และหมู่ฟอสเฟตที่มอยอิตี 5' โครงสร้างของประเภทนี้เกิดขึ้นจากการกระทำของเอนไซม์ Dicer บน RNA ที่มีกิ๊บติดผม หลังจากความแตกแยก ชิ้นส่วนจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงซ้อน โปรตีน Argonaut ค่อยๆ คลาย RNA duplex ออก ซึ่งมีส่วนทำให้เหลือ "ไกด์" เพียงเส้นเดียวใน RISC ช่วยให้เอฟเฟกต์คอมเพล็กซ์ค้นหา mRNA เป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงได้ เมื่อเข้าร่วมsiRNA-RISC คอมเพล็กซ์ mRNA เกิดการย่อยสลาย
โมเลกุลเหล่านี้ผสมพันธุ์กับ mRNA เป้าหมายประเภทเดียว ส่งผลให้เกิดการแตกแยกของโมเลกุล
mRNA
การรบกวน RNA และการปกป้องพืชเป็นกระบวนการที่สัมพันธ์กัน
mRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ที่ต่อเนื่องกัน 21-22 ตัวจากแหล่งกำเนิดภายในซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตแต่ละตัว ยีนของมันถูกถ่ายทอดเพื่อสร้างการถอดรหัสหลักแบบยาวของการถอดเสียง pri-miRNA โครงสร้างเหล่านี้มีรูปวงรีก้านยาวประกอบด้วย 70 นิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วยเอนไซม์ที่มีฤทธิ์ RNase รวมทั้งโปรตีนที่สามารถจับ RNA ที่มีเกลียวคู่ได้ นอกจากนี้ การขนส่งไปยังไซโตพลาสซึมจะเกิดขึ้นโดยที่ RNA ที่เป็นผลลัพธ์จะกลายเป็นสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ Dicer การประมวลผลอาจเกิดขึ้นในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับประเภทของเซลล์
นี่คือการทำงานของการรบกวน RNA กระบวนการนี้ยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างครบถ้วน
ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะสร้างเส้นทางที่แตกต่างของการประมวลผล mRNA ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับ Diser ในกรณีนี้ โมเลกุลจะถูกตัดโดยโปรตีนอาร์กอนอต ความแตกต่างระหว่าง miRNA และ siRNA คือความสามารถในการยับยั้งการแปลด้วย mRNA ต่างๆ ที่มีลำดับกรดอะมิโนคล้ายกัน
RISC เอฟเฟคเตอร์คอมเพล็กซ์
การรบกวน RNA,หน้าที่ทางชีววิทยาซึ่งช่วยแก้ปัญหาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าความแตกแยกของ mRNA ในระหว่างการรบกวน RISC คอมเพล็กซ์ส่งเสริมการแบ่ง ATP ออกเป็นหลายส่วน
ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พบว่าด้วยวิธีการที่ซับซ้อนดังกล่าว กระบวนการจะถูกเร่งอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนเร่งปฏิกิริยาของมันถือเป็นโปรตีนอาร์กอนอตซึ่งมีการแปลในบางสถานที่ในไซโตพลาสซึม P-bodies ดังกล่าวเป็นตัวแทนของพื้นที่ที่มีการย่อยสลาย RNA ในระดับที่มีนัยสำคัญ โดยจะตรวจพบกิจกรรม mRNA สูงสุดในนั้น การทำลายคอมเพล็กซ์ดังกล่าวจะมาพร้อมกับประสิทธิภาพของกระบวนการรบกวน RNA ที่ลดลง
วิธีการปราบปรามการถอดเสียง
นอกจากการกระทำในระดับการยับยั้งการแปลแล้ว RNA ยังมีผลต่อการถอดรหัสยีนอีกด้วย ยูคาริโอตบางชนิดใช้วิธีนี้เพื่อรับรองความเสถียรของโครงสร้างจีโนม ต้องขอบคุณการดัดแปลงของฮิสโตน ทำให้สามารถลดการแสดงออกของยีนในบางพื้นที่ได้ เนื่องจากชิ้นส่วนดังกล่าวจะผ่านเข้าสู่รูปของเฮเทอโรโครมาติน
การรบกวน RNA และบทบาททางชีววิทยาเป็นปัญหาสำคัญที่สมควรได้รับการศึกษาและวิเคราะห์อย่างจริงจัง ในการดำเนินการวิจัย ให้พิจารณาส่วนของเชนที่รับผิดชอบประเภทการจับคู่
ตัวอย่างเช่น สำหรับยีสต์ การปราบปรามการถอดรหัสจะดำเนินการอย่างแม่นยำโดย RISC คอมเพล็กซ์ ซึ่งมีชิ้นส่วน Chp1 ที่มีโครโมโดเมน อาร์กอนอต และโปรตีนที่มีฟังก์ชันที่ไม่รู้จัก Tas3.
เพื่อกระตุ้นการก่อตัวของบริเวณเฮเทอโรโครมาติน เอนไซม์ไดเซอร์ RNA polymerase เป็นสิ่งจำเป็น การแบ่งตัวของยีนดังกล่าวนำไปสู่การละเมิด histone methylation นำไปสู่การชะลอตัวในการแบ่งเซลล์ หรือการหยุดกระบวนการนี้โดยสมบูรณ์
ตัดต่ออาร์เอ็นเอ
รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของกระบวนการนี้ในยูคาริโอตที่สูงกว่าคือกระบวนการเปลี่ยนอะดีโนซีนเป็นไอโนซีน ซึ่งเกิดขึ้นในอาร์เอ็นเอสายคู่ ในการดำเนินการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว จะใช้เอ็นไซม์อะดีโนซีนดีอะมิเนส
ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มีการเสนอสมมติฐาน ซึ่งกลไกของการแทรกแซงอาร์เอ็นเอและการแก้ไขของโมเลกุลได้รับการยอมรับว่าเป็นกระบวนการที่แข่งขันกัน การศึกษาเกี่ยวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแนะนำว่าการแก้ไข RNA สามารถป้องกันการปิดเสียงของยีน
ความแตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิต
มันอยู่ที่ความสามารถในการรับรู้ RNA ต่างประเทศ นำไปใช้ในระหว่างการรบกวน สำหรับพืช ผลกระทบนี้เป็นอย่างเป็นระบบ แม้แต่ในกรณีที่มีการแนะนำ RNA เล็กน้อย ยีนบางตัวก็ถูกยับยั้งทั่วร่างกาย ด้วยการกระทำนี้ สัญญาณ RNA จะถูกส่งผ่านระหว่างเซลล์อื่น RNA polymerase มีส่วนร่วมในการขยาย
ระหว่างสิ่งมีชีวิตมีความแตกต่างในการใช้ยีนต่างประเทศในกระบวนการแทรกแซง RNA
ในพืช กระบวนการขนส่ง siRNA เกิดขึ้นผ่านพลาสโมเดสมาตา การสืบทอดของเอฟเฟกต์ RNA ดังกล่าวทำให้มั่นใจได้โดยการทำเมทิลเลชั่นของโปรโมเตอร์ของยีนบางตัว
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกลไกนี้กับพืชเป็นอุดมคติของการเสริม mRNA ของพวกมัน ซึ่งเมื่อรวมกับคอมเพล็กซ์ RISC จะมีส่วนช่วยในการย่อยสลายโมเลกุลนี้อย่างสมบูรณ์
หน้าที่ทางชีวภาพ
ระบบที่เป็นปัญหาเป็นองค์ประกอบสำคัญของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อวัสดุแปลกปลอม ตัวอย่างเช่น พืชมีความคล้ายคลึงของโปรตีน Dicer ซึ่งใช้ในการต่อสู้กับสิ่งมีชีวิตที่เป็นไวรัสจำนวนมาก
RNA ถือได้ว่าเป็นกลไกการต่อต้านไวรัสที่พืชได้มาซึ่งถูกกระตุ้นทั่วร่างกาย
แม้ว่าจะมีการแสดงโปรตีน Dicer น้อยกว่ามากในเซลล์สัตว์ แต่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของ RNA ในการตอบสนองต่อไวรัสได้
ปัจจุบันมีการศึกษาการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่เกิดขึ้นในร่างกายของมนุษย์และสัตว์เพียงบางส่วน
นักชีววิทยาทำการวิจัยต่อไป โดยไม่เพียงแต่พยายามยืนยันกลไกการเกิดขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องหาวิธีที่จะมีอิทธิพลต่อปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันด้วย ในกรณีที่อธิบายความแตกต่างของการแทรกแซง RNA ได้สำเร็จ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถควบคุมปฏิกิริยาทางชีวเคมีเหล่านี้และสร้างกลไกในการป้องกันสิ่งแปลกปลอมได้