3. Каким образом в эукариотических клетках происходит синтез малых рнк? Каким образом эти рнк участвуют в регуляции активности генов?
Малые РНК включают в себя несколько типов олигонуклеотидных РНК-молекул с разными функциями. Их общее свойство в том, что они не кодируют белки.
К ним относят snRNA (малые ядерные – участвуют в сплайсинге), snoRNA (малые ядрышковые – участвуют в модификации рРНК), scaRNA (малые РНК телец Кахаля – направляют модификации snoRNA), miRNA (микроРНК – регулируют экспрессию генов), siRNA (малые интерферирующие – направляют РНК-интерференцию), tRNA (транспортная функция).
Большинство этих малых РНК синтезируются с участием РНК-полимеразы 2 типа (как и мРНК), а значит, могут иметь в своем составе такой компонент как 5’-кэп. Исключение – тРНК и некоторые snRNA синтезируются с участием РНК-полимеразы 3 типа, и такие транскрипты не имеют в своем составе кэп-структуру. Кроме этого, первичные транскрипты тРНК несут интроны и подлежат сплайсингу, причем не классическому, а по механизму вырезания-вставки.
Два типа малых РНК ответственны за регуляцию экспрессии генов, кодирующих белки – микроРНК и siРНК. Образование микроРНК происходит двумя путями: транскрипция генов микроРНК и сплайсинг генов, кодирующих белки, так как много генов микроРНК находится в интронах (!). В первом случае РНК-полимераза 2 типа создает транскрипт первичной микроРНК (причем есть и кэп, и полиА-хвост) или pri-miRNA*, который с участием белка Drosha (у беспозвоночных - Pasha), распознающим двухцепочечные РНК-шпильки, процессируется в пре-микроРНК (предшественник). Некоторые пре-микроРНК подлежат РНК-редактированию.
Далее этот предшественник покидает ядро. Там он процессируется эндорибонуклеазой Dicer и теряет свою шпилечную структуру. Зрелая микроРНК связывается с белком Argonaute, формируя RISC – RNA-induced silencing complex. Теперь, благодаря наличию микроРНК, этот комплекс может найти комплементарный участок в 3’-НТО мРНК и повлиять на судьбу этой молекулы. Если соответствие полное – RISC вызывает деградацию этот мРНК (например, за счет ее транслокации в Р-тельца, либо за счет прямого расщепления**). Если соответствие неполное, происходит дестабилизация*** мРНК, сопровождающаяся невозможность трансляции с нее. В некоторых случаях микроРНК запускает образование RITS – RNA-induced translational silencing, который, опознавая комплементарные участки генома, вызывает гетерохроматизацию найденных районов, сопровождающуюся метилированием ДНК, модификацией гистонов (метилирование лизинов хвоста H3) и привлечением структурных белков упаковки ДНК.
* pri-miRNA часто составлен из нескольких идущих друг за другом шпилек.
** - расщепление происходит за счет домена PIWI/RNaseH
*** - репрессия трансляции связана с взаимодействием Argonaute с 5’-кэпом мРНК.
siRNA отличаются от микроРНК, главным образом, отсутствием шпилечной структуры (hairpin loop) и характерны свисающим концом длиной 2 нуклеотида на каждом 3’-конце дуплекса. Предшественник siRNA представляет собой двухцепочечную РНК. Путь микроРНК отличается, поскольку все микроРНК производятся эндогенными некодирующими генами.
Образование siRNA в клетке возможно опять же двумя путями: экзогенное появление двухцепочечной РНК (сигнал присутствия вируса), либо синтез двухцепочечной РНК на матрице ДНК (двунаправленная транскрипция, транскрипция инвертированных повторов).
А дальше, механизм регуляции экспрессии сходен с механизмом с участием микроРНК. Двухцепочечная РНК процессируется Dicer’ом, образуются siRNA, который вместе с белком Argonaute формирует RISC. siRNA также могут входить в состав RITS.
(на всякий случай) Способы регуляции микроРНК: изменение уровня микроРНК, оверэкспрессия генов микроРНК, ингибиторы РНК, РНК-мимики, введение протекторов (защищают сайт, комплементарный микроРНК, в 3’-НТО), генетический нокаут генов микроРНК.