У эукариот лишь небольшая часть генома кодирует белки, большинство транскриптов, до 90% , состоит из не матричной РНК (Beiter T et al, 2009). Основные различия между людьми и других приматов, как считается, вызваны действием регуляторных некодирующих РНК, происходящих из межгенных и некодирующих регионов. Кроме того, существенное отличие антисмысловой транскрипции от белок-кодирующих областей в клетках человека было замечено уже давно (Beiter T et al, 2009; He Y et al, 2008) . Эти транскрипты называются природными антисмысловыми РНК ( asRNAs). Значительное число антисмысловых РНК также наблюдалось у мышей (21,9 до 72% всех генов ) (Katayama S et al, 2009) , Saccharomyces cerevisiae (27%) (David L et al, 2006) , Drosophila melanogaster (16,8% ) (Zhang Y et al, 2006) , и Arabidopsis thaliana ( 7,4%) (Henz SR et al, 2007) , но их функциональное значение, если таковые имеются, еще предстоит понять. До самого недавнего времени транскриптомы бактерий казались гораздо проще, в основном потому, что большая часть геномов состоят из белок-кодирующих генов . Тем не менее, эта картина в настоящее время кардинально меняется из-за накопления доказательств от транскриптомных исследований, предполагающих, что у бактерий также идет обширная антисмысловая транскрипция. Бактериальные транскриптомы кажутся неожиданно сложным, с частыми антисмысловой, а также меж-и внутригенной транскрипцией (Dornenburg JE et al, 2010; Mitschke J et al, 2011; Rasmussen S et al, 2009) . Для некоторых бактерий большая часть транскриптов, видимо, некодирующая (Mitschke J et al, 2011) . В Synechocystis sp. штамм PCC6803 около 65% всех транскриптов составляют некодирующие РНК (нкРНК )(Mitschke J et al, 2011) . Природные asRNAs были впервые обнаружены у бактерий больше 30 лет назад (Itoh T, Tomizawa J, 1980; Lacatena RM, Cesareni G, 1981), а для бактериофага λ постулированы еще раньше (Spiegelman WG et al, 1972). У архей первый случай антисмыслового контроля экспрессии генов сообщалось в 1993 году для крайне галофильного Halobacterium salinarium, лизогенной для фага H, с asRNA. комплементарной первым 151 транскрипта T1 (Stolt P, Zillig W, 1993). Сначала несколько хорошо изученных прокариотических некодирующих хромосомных , плазмидных и фаговых asRNA считались скорее исключением, чем правилом. Однако эти примеры показали, что природные антисмысловые транскрипты присутствуют во всех трех живых царствах, хотя в последние годы они были исследованы в основном для эукариот. Новые данные позволяют полагать, что регуляция экспрессии генов через цис-кодирующие asRNA представляет собой особый уровень управления геномом.

2.1 Антисмысловые рнк у бактерий

Антисмысловая транскрипция бактерий долго оставалась в тени в основном из-за трех технических проблем. Две из них это отсутствие надежных биоинформационных алгоритмов, способных предсказать asRNA и тот факт, что при измерение антисмысловой транскрипции в анализе на микрочипах считалось, что экспериментальный артефакт генерируется в процессе синтеза кДНК (Perocchi F et al, 2007). Третьей проблемой была интерпретация экспериментальных данных . Самое раннее систематическое исследование показало, что у Escherichia coli от 3000 до 4000 открытых рамок считывания (ORFs) для антисмысловых РНК (Selinger DW et al, 2000), потому что такой низкий уровень транскрипции, как сообщалось, идет практически по всему геному. Считалось, трудно отличить asRNA с регулирующими функциями от транскрипционного шума. Затем было показано, что можно преодолеть все три препятствия (Georg J et al, 2009). Для этого было предложено прямо маркировать РНК до гибридизации с микрочипами, а не кДНК, чтобы избежать непреднамеренного синтеза второй нити, проводить строгое сравнение результатов и вычислительных предсказаний и нацелиться на очень высокий уровень экспрессии asRNAs . В результате экспериментального подтверждения количество выраженных asRNAs в цианобактерии Synechocystis PCC6803 было увеличен с 1 (Dühring U et al, 2006) до 73. Предполагается, что по крайней мере 10% всех белок-кодирующих генов связаны с asRNA (Georg J et al, 2009) . Таким образом, подходы к изучению антисмысловых транскриптов бактерий изменялись благодаря прогрессу высоко продуктивных методов, таких как микрочипы, прямое мечение РНК и др.

Недавний анализ транскриптома на основе секвенирования Illumina подтвердили, что широкое распространение антисмысловой транскрипции также присуще и E.coli, было выявлено около 1000 различных asRNA (Dornenburg JE et al, 2010) . Также было установлено, что 25 E.coli, asRNA являются Rho –зависимыми (Peters JM et al, 2009). Паузы РНК-полимеразы в Rho -зависимой терминации может быть важно для механизма транскрипционного вмешательства (Palmer AC et al, 2009). Исследования на микрочипах показали, что для Synechocystis PCC6803 уровень антисмысловой транскрипции составляет около 26,8% (Mitschke J et al, 2011) . А у Helicobacter Pylori, имеющей очень компактный геном, 46% всех аннотированных открытых рамок считывания содержат asRNA (Sharma CM et al, 2010). Это исследование стало первым, в котором бактериальный транскриптом анализировали полностью. Кроме того, эти данные показали, что антисмысловая транскрипции является активным , неслучайным процессом, результатом инициации транскрипции, а не случайным чтением сквозь терминаторы (Sharma CM et al, 2010).

Таким образом, более пристальный взгляд на царство бактерий показывает, что asRNA присутствуют в широком диапазоне отдельных видов и семей, а также, вероятно, по всему бактериальному царству.

2.2 Типы антисмысловых рнк

Бактериальные асРНК разнообразны, не имеют общих черт, кроме того факта, что считываются с противоположной цепи транскрипционной единицы. Тем не менее, они могут быть примерно классифицированы в зависимости от их расположения, как 5'-перекрывающиеся (расходящийся, голова к голове), 3'-перекрывающиеся (сходящийся, хвост к хвосту), или находящиеся внутри асРНК. Транскрипты от белок-кодирующих генов с длинными 5 'или 3' нетранслирующими областями, которые существенно перекрываются с мРНК, происходящих из других генов, представляют собой эффективный способ для сохранения регуляторных связей между генами (Georg J et al, 2009). В Anabaena PCC7120 , ген alr1690 имеет необычно большой 3 'UTR , который перекрывает всю длину гена-регулятора поглощения железа furA . В штамме Δalr1690 наблюдался повышенный уровень белка FurA и имел фенотип дефицита железа (Hernández JA et al, 2010; Hernández JA et al; 2006). Другие asRNA могут перекрывать большую часть транскрипта, но неперекрывающаяся часть может содержать небольшую открытую рамку считывания, как и в случае as_slr0882 в Synechocystis PCC6803 (Georg J et al, 2009) . Другим примером является ген iiv14 (cosA) Pseudomonas fluorescens PF0 - 1, который перекрывает рамку считывания Pfl_0939 на 987 нуклеотидов из его 1020 - нуклеотидов общей длины. Обе этих мРНК транслируются в белки, было показано, что продукт cosA важен для эффективной колонизации почвы (Silby MW et al, 2008). Наконец, есть и короткие asRNA которые перекрываются только 5 ' UTR гена (SyR7 in Synechocystis PCC6803 (Georg J et al, 2009) и SymR в E.coli (Kawano M et al, 2007)), и имеющие некоторые признаки транс- действующих некодирующих РНК.

Размеры asRNA очень разнообразны. Есть примеры сравнительно коротких asRNA, содержащих примерно от 100 до 300 нт (например, SymR (Kawano M et al, 2007) и SyR7 (Georg J et al, 2009)) , но многие asRNA существенно больше, начиная от 700 до 3500 нуклеотидов (Georg J et al, 2009; Stazic D et al, 2011; Lee EJ et al, 2010) . И существует по крайней мере один пример огромной asRNA: у Prochlorococcus sp. штамм MED4 до 7000 нт, перекрывает 14 генов оперона рибосомного белка (Stazic D et al, 2011). Уровни экспрессии asRNA варьируются от едва уловимых до весьма высоких. Для Synechocystis PCC6803 найдены некоторые asRNA, накапливающиеся до уровней, сравнимых с высоко экспресирующихся белок-кодирующих генов, таких как amt1, гена, кодирующего транспортер аммония (Georg J, et al, 2009).