), forhindrer translationen af mRNA på ribosomer til det protein, det koder for. I sidste ende er virkningen af lille interfererende RNA identisk med virkningen af blot at reducere genekspression.
Små interfererende RNA'er blev opdaget i 1999 af David Baulcombes gruppe i Storbritannien som en del af et post-transkriptionelt gendæmpningssystem i planter. PTGS, en: post-transkriptionel gendæmpning). Holdet offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Science.
Dobbeltstrenget RNA kan øge genekspression gennem en mekanisme kaldet RNA-afhængig genaktivering. RNAa, lille RNA-induceret genaktivering). Det er blevet vist, at dobbeltstrengede RNA'er, der er komplementære til promotorerne af målgener, forårsager aktivering af de tilsvarende gener. RNA-afhængig aktivering efter administration af syntetisk dobbeltstrenget RNA er blevet påvist for humane celler. Det vides ikke, om et lignende system findes i andre organismers celler.
Ved at give muligheden for at slukke i det væsentlige ethvert gen efter behag, har små interfererende RNA-baseret RNA-interferens skabt enorm interesse for grundlæggende og anvendt biologi. Antallet af bredt baserede RNAi-baserede tests til at identificere vigtige gener i biokemiske veje vokser. Da udviklingen af sygdomme også er bestemt af genernes aktivitet, forventes det, at det i nogle tilfælde kan have en terapeutisk effekt at slukke for et gen ved hjælp af lille interfererende RNA.
Anvendelsen af små interfererende RNA-baseret RNA-interferens på dyr, og især på mennesker, står imidlertid over for mange vanskeligheder. Eksperimenter har vist, at effektiviteten af lille interfererende RNA er forskellig for forskellige typer celler: nogle celler reagerer let på indflydelsen af små interfererende RNA og viser et fald i genekspression, mens dette i andre ikke observeres, på trods af effektiv transfektion. Årsagerne til dette fænomen er stadig dårligt forstået.
Resultater fra fase 1-forsøg med de to første RNAi-terapier (beregnet til behandling af makuladegeneration), offentliggjort i slutningen af 2005, viser, at små interfererende RNA-lægemidler let tolereres af patienter og har acceptable farmakokinetiske egenskaber.
Foreløbige kliniske forsøg med små interfererende RNA'er rettet mod ebola-virus indikerer, at de kan være effektive til post-eksponeringsprofylakse af sygdommen. Dette lægemiddel gjorde det muligt for hele gruppen af eksperimentelle primater at overleve efter at have modtaget en dødelig dosis af Zaire Ebolavirus
Ødelæggelse af mål-mRNA'et kan også ske under påvirkning af lille interfererende RNA (siRNA). RNA-interferens er en af de nye revolutionerende opdagelser inden for molekylærbiologi, og dens forfattere modtog Nobelprisen for det i 2002. Interfererende RNA'er er meget forskellige i struktur fra andre typer RNA og er to komplementære RNA-molekyler på cirka 21-28 nitrogenbaser lange, som er forbundet med hinanden ligesom strenge i et DNA-molekyle. I dette tilfælde forbliver to uparrede nukleotider altid ved kanterne af hver siRNA-kæde. Påvirkningen udføres som følger. Når et siRNA-molekyle befinder sig inde i en celle, binder det sig i første fase til et kompleks med to intracellulære enzymer - helicase og nuklease. Dette kompleks blev kaldt RISC ( R NA- jeg induceret s dæmpning c kompleks; stilhed - engelsk tier, hold kæft; silencing - silencing, sådan kaldes processen med at "slukke" et gen i engelsk og specialiseret litteratur). Dernæst afvikler helikasen og adskiller siRNA-strengene, og en af strengene (antisense i struktur) i kompleks med nukleasen interagerer specifikt med den komplementære (strengt svarende til den) region af mål-mRNA'et, hvilket gør det muligt for nukleasen at skære det i to dele. De afskårne sektioner af mRNA udsættes derefter for virkningen af andre cellulære RNA-nukleaser, som yderligere skærer dem i mindre stykker.
SiRNA'er, der findes i planter og lavere dyreorganismer (insekter) er en vigtig del af en slags "intracellulær immunitet", der gør det muligt for dem at genkende og hurtigt ødelægge fremmed RNA. Hvis et RNA indeholdende en virus er trængt ind i cellen, vil et sådant beskyttelsessystem forhindre det i at formere sig. Hvis virussen indeholder DNA, vil siRNA-systemet forhindre det i at producere virale proteiner (da det nødvendige mRNA hertil vil blive genkendt og skåret), og brug af denne strategi vil bremse spredningen i hele kroppen. Det er blevet fastslået, at siRNA-systemet er ekstremt diskriminerende: hvert siRNA vil kun genkende og ødelægge sit eget specifikke mRNA. Udskiftning af kun ét nukleotid i siRNA fører til et kraftigt fald i interferenseffekten. Ingen af de hidtil kendte genblokkere har så enestående specificitet for sit målgen.
I øjeblikket bruges denne metode hovedsageligt i videnskabelig forskning for at identificere funktionerne af forskellige cellulære proteiner. Det kan dog potentielt også bruges til at skabe stoffer.
Opdagelsen af RNA-interferens har givet nyt håb i kampen mod AIDS og kræft. Det er muligt, at man ved at anvende siRNA-terapi sammen med traditionelle antivirale og anticancer-terapier kan opnå en potentieringseffekt, hvor de to behandlinger resulterer i en større terapeutisk effekt end den simple sum af hver givet alene.
For at bruge siRNA-interferensmekanismen i pattedyrsceller til terapeutiske formål, skal færdiglavede dobbeltstrengede siRNA-molekyler indføres i cellerne. Der er dog en række problemer, som i øjeblikket ikke tillader dette at blive gjort i praksis, meget mindre at skabe nogen doseringsformer. For det første påvirkes de i blodet af det første lag af kroppens forsvar, enzymer - nukleaser, som skærer potentielt farlige og usædvanlige dobbeltstrenge af RNA for vores krop. For det andet, på trods af deres navn, er små RNA'er stadig ret lange, og vigtigst af alt bærer de en negativ elektrostatisk ladning, hvilket gør deres passive indtrængning i cellen umulig. Og for det tredje er et af de vigtigste spørgsmål, hvordan man får siRNA til at virke (eller trænge ind) kun i visse (“syge”) celler uden at påvirke raske? Og endelig er der spørgsmålet om størrelse. Den optimale størrelse af et sådant syntetisk siRNA er de samme 21-28 nukleotider. Hvis du øger dens længde, vil cellerne reagere ved at producere interferon og reducere proteinsyntesen. På den anden side, hvis du forsøger at bruge siRNA mindre end 21 nukleotider, falder specificiteten af dets binding til det ønskede mRNA og evnen til at danne RISC-komplekset kraftigt. Det skal bemærkes, at overvindelse af disse problemer er kritisk ikke kun for siRNA-terapi, men også for genterapi generelt.
Der er allerede gjort nogle fremskridt med at løse dem. For eksempel forsøger forskere at gøre siRNA-molekyler mere effektive ved kemiske modifikationer. lipofile, det vil sige i stand til at opløses i de fedtstoffer, der udgør cellemembranen, og dermed lette indtrængning af siRNA i cellen. Og for at sikre specificiteten af arbejdet kun inden for visse væv, inkluderer genetiske ingeniører i deres konstruktioner specielle regulatoriske sektioner, som aktiveres og udløser læsningen af informationen indeholdt i en sådan konstruktion (og derfor siRNA, hvis den er inkluderet der). kun i visse celler stoffer.
Så forskere fra University of California, San Diego School of Medicine har udviklet et nyt effektivt system til at levere små interfererende RNA (siRNA), som undertrykker produktionen af visse proteiner, ind i celler. Dette system skulle blive grundlaget for teknologi til specifik lægemiddellevering til forskellige typer kræfttumorer. "Små interfererende RNA'er, som udfører en proces kaldet RNA-interferens, har et utroligt potentiale til at behandle kræft," forklarer professor Steven Dowdy, der ledede forskningen: "og selvom vi stadig har meget arbejde at gøre, har vi nu udviklet teknologi, der leverer lægemidler til en population af celler – både den primære tumor og metastaser, uden at skade raske celler.”
I mange år har Dowdy og hans kolleger studeret anticancerpotentialet af små interfererende RNA'er. Konventionelle siRNA'er er dog bittesmå, negativt ladede molekyler, der på grund af deres egenskaber er ekstremt vanskelige at levere til celler. For at opnå dette brugte forskerne et kort signalprotein PTD (peptidtransduktionsdomæne). Tidligere blev mere end 50 "hybridproteiner" skabt med dets anvendelse, hvor PTD blev kombineret med tumorundertrykkende proteiner.
Men blot at forbinde siRNA til PTD fører ikke til levering af RNA ind i cellen: siRNA er negativt ladet, PTD er positivt ladet, hvilket resulterer i dannelsen af et tæt RNA-proteinkonglomerat, der ikke transporteres over cellemembranen. Så forskerne koblede først PTD'en til et protein-RNA-bindende domæne, der neutraliserede den negative ladning af siRNA'et (hvilket resulterede i et fusionsprotein kaldet PTD-DRBD). Et sådant RNA-proteinkompleks passerer let gennem cellemembranen og kommer ind i cellecytoplasmaet, hvor det specifikt hæmmer budbringer-RNA-proteinerne, der aktiverer tumorvækst.
For at teste PTD-DRBD-fusionsproteinets evne til at levere siRNA til celler, brugte forskerne en cellelinje afledt af human lungekræft. Efter behandling af celler med PTD-DRBD-siRNA viste det sig, at tumorceller var mest modtagelige for siRNA, mens det i normale celler (T-celler, endotelceller og embryonale stamceller blev brugt som kontroller), hvor der ikke var øget produktion af onkogene proteiner, blev der ikke observeret nogen toksiske virkninger.
Denne metode kan udsættes for forskellige modifikationer ved hjælp af forskellige siRNA'er for at undertrykke forskellige tumorproteiner - ikke kun dem, der produceres i overskud, men også mutante. Det er også muligt at modificere behandlingen i tilfælde af tilbagefald af tumorer, som normalt bliver resistente over for kemoterapimedicin på grund af nye mutationer.
Onkologiske sygdomme er meget varierende, og tumorcelleproteinernes molekylære egenskaber er individuelle for hver patient. Forfatterne af værket mener, at i denne situation er brugen af små forstyrrende RNA den mest rationelle tilgang til terapi.
ER. Deichman, S.V. Zinoviev, A.Yu. Baryshnikov
GENUDRYKNING OG SMÅ RNAS I ONKOLOGI
GU RONC im. N.N.Blokhin RAMS, Moskva
RESUMÉ
Artiklen præsenterer rollen for små RNA'er, der kontrollerer de fleste af de vitale funktioner i cellen og kroppen, og deres mulige forbindelse, især med onkogenese og andre (herunder hypotetiske) intracellulære mekanismer for genomisk ekspression.
Nøgleord: små RNA'er, RNA-interferens (RNAi), dobbeltstrenget RNA (dsRNA), RNA-redigering, onkogenese.
ER. Deichman, S.V.Zinoviev, A.Yu.Baryshnikov.
GENUDRYKKET OG SMÅ RNAS I ONKOLOGI
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS, Moskvaåh
ABSTRAKT
I papirrollen af små RNA'er, der overvåger de fleste vitale funktioner af celle og organisme og mulig forbindelse af dem, især med onkogenese og andre (inklusive hypotetiske) intracellulære mekanismer for genomekspression, fremlægges.
Nøgleord: Små RNA'er, interferens-RNA'er (RNAi), dobbeltstrengede RNA'er (dsRNA'er), RNA-redigering, tumorogenese.
Introduktion
Ekspressionen af individuelle gener og hele eukaryote genomer, herunder processering, forskellige typer transkription, splejsning, omarrangementer, RNA-redigering, rekombination, translation, RNA-interferens, reguleres af visse proteiner (produkter af regulatoriske, strukturelle, homøotiske gener, transkriptionsfaktorer) , mobile elementer, RNA og lavmolekylære effektorer. Blandt de behandlende RNA'er er rRNA, tRNA, mRNA, nogle typer regulatorisk RNA og lille RNA.
Det er nu kendt, at små RNA'er ikke koder for proteiner, ofte tæller i hundredvis pr. genom, og er involveret i reguleringen af ekspressionen af forskellige eukaryote gener (somatiske, immune, germinale, stamceller). Differentieringsprocesserne (hæmatopoiese, angiogenese, adipogenese, myogenese, neurogenese), morfogenese (herunder embryonale stadier, udvikling/vækst, fysiologisk regulering), proliferation, apoptose, carcinogenese, mutagenese, immunogenese, aldring (livsforlængelse), er under epigenetiske styring ; tilfælde af metabolisk regulering (for eksempel glycosphingolipider) er blevet noteret. En bredere klasse af ikke-kodende RNA'er på 20-300/500 nukleotider og deres RNP'er findes ikke kun i nucleus/nucleolus/cytoplasma, men også i DNA-holdige cellulære organeller (dyremitokondrier; mikroRNA'er og små konsensussekvenser for chloroplasttranskripter) er fundet i planters RNA).
Til kontrol og regulering af v.n. processer, er det vigtigt: 1. at små naturlige/kunstige RNA'er (små RNA'er, tRNA'er, etc.) og deres komplekser med proteiner (RNP'er) er i stand til transmembran cellulær og mitokondriel transport; 2. at efter nedbrydning af mitokondrier kan en del af deres indhold, RNA og RNP, ende i cytoplasma og kerne. De anførte egenskaber ved små RNA'er (SRNA'er), hvis funktionelt betydningsfulde rolle kun er stigende i undersøgelsesprocessen, har naturligvis en sammenhæng med årvågenhedsfaktoren for kræft og andre genetiske sygdomme. Samtidig blev den høje betydning af epigenomiske modifikationer af kromatin i forekomsten af tumorer tydelig. Vi vil kun overveje et meget begrænset antal sager ud af mange lignende.
Små RNA'er
Virkningsmekanismen for små RNA'er er deres evne til at binde næsten komplementært til de 3"-utranslaterede regioner (3"-UTR'er) af mål-mRNA'er (som nogle gange indeholder DNA/RNA-transponerende MIR/LINE-2-elementer, såvel som konservativt Alu gentager ) og forårsager RNA-interferens (RNAi=RNAi; især under et antiviralt respons). Komplikationen er dog, at der udover cellulære også er viruskodede små RNA'er (herpes, SV40 osv.; EBV indeholder f.eks. 23 og KSHV - 12 miRNA'er), som interagerer med transkripter af både virus og værten. Mere end 5 tusinde cellulære/virale miRNA'er alene er kendt i 58 arter. RNAi initierer enten nedbrydning (med deltagelse af RISC-komplekset, RNA-Induced Silencing Complex) langs nuklease-sårbare fragmenter af kontinuerlige lncRNA-helixer (dobbeltstrenget RNA-mRNA osv.), eller delvis reversibel hæmning af diskontinuerligt spiralformede lncRNA'er under translation af mål-mRNA'er. Modne små RNA'er (~15-28 nukleotider) dannes i cytoplasmaet ud fra deres nuklear-bearbejdede forstadier af varierende længde (ti og hundreder af nukleotider). Derudover er små RNA'er involveret i dannelsen af den tavse kromatinstruktur, regulering af transkription af individuelle gener, undertrykkelse af transposonekspression og vedligeholdelse af den funktionelle struktur af udvidede regioner af heterochromatin.
Der er flere hovedtyper af små RNA'er. De mest velundersøgte er mikroRNA'er (miRNA'er) og små interfererende RNA'er (siRNA'er). Blandt små RNA'er undersøges desuden følgende: piRNA'er aktive i kimceller; små interfererende RNA'er forbundet med endogene retrotransposoner og gentagne elementer (med lokal/global heterochromatisering - startende fra de tidlige stadier af embryogenese; opretholde telomerniveauet), Drosophila rasiRNA'er; ofte kodet af introner af proteingener og funktionelt vigtige i translation, transkription, splejsning (de-/methylering, pseudouridylering af nukleinsyrer) små nukleære (snRNA'er) og nukleolære (snoRNA'er) RNA'er; små modulator-RNA'er, smRNA'er, med lidt kendte funktioner, komplementære til de DNA-bindende NRSE (Neuron Restrictive Silencer Element) motiver; plantetransaktiverende små interfererende RNA'er, tasiRNA'er; korte hårnåle-RNA'er, shRNA'er, der giver langsigtet RNAi (stabil gendæmpning) af lange lncRNA-strukturer under den antivirale respons hos dyr.
Små RNA'er (miRNA'er, siRNA'er, etc.) interagerer med nyligt syntetiserede transkripter af kernen/cytoplasma (regulerende splejsning, translation af mRNA; methylering/pseudouridylering af rRNA osv.) og kromatin (under midlertidig lokal og epigenetisk nedarvet somatisk heterochromatisering kønsceller). Især heterochromatinisering ledsages af DNA-de-/methylering samt methylering, acetylering, phosphorylering og ubiquitinering af histoner (modifikation af "histonkoden").
Den første blandt små RNA'er var miRNA'erne fra nematoden Caenorhabditis elegans (lin-4), deres egenskaber og gener, og noget senere miRNA'erne fra planten Arabidopsis thaliana. I øjeblikket er de forbundet med flercellede organismer, selvom de er vist i den encellede alge Chlamydomonas reinhardtii, og RNAi-lignende silencing pathways, i forbindelse med antiviral/lignende beskyttelse, der involverer den såkaldte. psiRNA'er, diskuteret for prokaryoter. Genomerne af mange eukaryoter (inklusive Drosophila og mennesker) indeholder flere hundrede miRNA-gener. Disse stadie-/vævsspecifikke gener (såvel som deres tilsvarende mål-mRNA-regioner) er ofte meget homologe i fylogenetisk fjerne arter, men nogle af dem er afstamningsspecifikke. miRNA'er er indeholdt i exoner (proteinkodende, RNA-gener), introner (oftest præ-mRNA), intergene spacere (inklusive gentagelser), har en længde på op til 70-120 nukleotider (eller mere) og danner hårnålesløjfe/stamme strukturer. For at bestemme deres gener bruges ikke kun biokemiske og genetiske tilgange, men også computertilgange.
Den mest typiske længde af "arbejdsregionen" af modne miRNA'er er 21-22 nukleotider. Disse er måske de mest talrige af de ikke-proteinkodende gener. De kan lokaliseres i form af enkeltkopier (oftere) eller klynger, der indeholder mange lignende eller forskellige miRNA-gener, transskriberet (ofte fra autonome promotorer) som en længere forløber, behandlet i flere trin til individuelle miRNA'er. Det menes, at der er et miRNA-regulerende netværk, der styrer mange fundamentale biologiske processer (herunder tumorgenese/metastase); formentlig er mindst 30% af humane udtrykte gener reguleret af miRNA'er.
Denne proces involverer de lncRNA-specifikke RNase III-lignende enzymer Drosha (nuklear ribonuklease; initierer behandlingen af introniske præ-miRNA'er efter splejsning af hovedtranskriptet) og Dicer, som fungerer i cytoplasmaet og henholdsvis spalter/nedbryder hårnålepræ- miRNA'er (for at modne miRNA'er) og hybride miRNA'er/mRNA-strukturer dannet senere. Små RNA'er, sammen med flere proteiner (herunder vn RNaser, AGO-familieproteiner, transmethylaser/acetylaser osv.) og med deltagelse af de såkaldte. RISC- og RITS-lignende komplekser (det andet inducerer transkriptionel silencing) er i stand til henholdsvis at forårsage RNAi/nedbrydning og efterfølgende gen-silencing på RNA-niveauerne (før/under translation) og DNA (under transkription af heterochromatin).
Hvert miRNA parrer potentielt med flere mål, og hvert mål styres af et antal miRNA'er (som minder om gRNA-medieret præ-mRNA-redigering i trypanosom kinetoplaster). In vitro-analyse har vist, at miRNA-regulering (såvel som RNA-redigering) er en vigtig post-transkriptionel modulator af genekspression. Lignende miRNA'er, der konkurrerer om det samme mål, er potentielle transregulatorer af RNA-RNA- og RNA-protein-interaktioner.
I dyr studeres miRNA bedst i nematoden Caenorhabditis Elegans; mere end 112 gener er blevet beskrevet. Tusindvis af endogene siRNA'er (ingen gener; især forbundet med spermatogenese-medierede transkripter og transposoner) findes også her. Begge små RNA'er af metazoer kan genereres af RNA-polymeraser, der udviser aktiviteten (ikke homologi) af RdRP-II (som for de fleste andre RNA'er) og RdRP-III-typer. Modne små RNA'er er ens i sammensætning (herunder terminale 5"-phosphater og 3"-OH), længde (normalt 21-22 nukleotider) og funktion og kan konkurrere om det samme mål. Imidlertid er RNA-nedbrydning, selv med fuldstændig målkomplementaritet, oftere forbundet med siRNA'er; translationel repression, med delvis, sædvanligvis 5-6 nukleotider, komplementaritet - med miRNA'er; og prækursorerne er henholdsvis exo-/endogene (hundrede/tusinder af nukleotider) for siRNA'er og sædvanligvis endogene (tiere/hundreder af nukleotider) for miRNA'er, og deres biogenese er forskellig; I nogle systemer er disse forskelle imidlertid reversible.
RNAi, medieret af siRNA'er og miRNA'er, har en række naturlige roller: fra regulering af genekspression og heterochromatin til genombeskyttelse mod transposoner og vira; men siRNA'er og nogle miRNA'er er ikke konserverede mellem arter. I planter (Arabidopsis thaliana) blev følgende fundet: siRNA'er svarende til både gener og intergene (herunder spacere, gentagelser) regioner; et stort antal potentielle genomsteder for forskellige typer af små RNA'er. Nematoder har også såkaldte variable autonomt udtrykte 21U-RNA'er (dasRNA'er); de har et 5"-Y-monophosphat, omfatter 21 nukleotider (20 af dem er variable) og er placeret mellem eller inde i intronerne af proteinkodende gener på mere end 5700 steder i to regioner af kromosom IV.
MiRNA'er spiller en vigtig rolle i genekspression i sundhed og sygdom; hos mennesker er der mindst 450-500 sådanne gener. Normalt binder de til 3"-UTR-regionerne af mRNA (andre mål), kan de selektivt og kvantitativt (især når produkter af lavt udtrykte gener fjernes fra cirkulationen) blokere arbejdet af nogle gener og aktiviteten af andre gener. viste sig, at sæt af profiler af udtrykte mikro-RNA'er (og deres mål) ændrer sig dynamisk under ontogenese, celle- og vævsdifferentiering. Disse ændringer er specifikke, især under kardiogenese, processen med at optimere størrelsen af længden af dendritter og dendritter. antal synapser af en nervecelle (med deltagelse af miRNA-134, andre små RNA'er) udvikling af mange patologier (onkogenese, immundefekter, genetiske sygdomme, parkinsonisme, Alzheimers sygdom, oftalmologiske lidelser (retinoblastom, etc.) forbundet med infektioner af Det samlede antal påviste miRNA'er vokser meget hurtigere end beskrivelsen af deres regulatoriske rolle og forbindelse med specifikke mål.
Beregningsmæssig analyse forudsiger hundredvis af mRNA-mål for individuelle miRNA'er og reguleringen af individuelle mRNA'er med flere miRNA'er. Således kan miRNA'er tjene det formål at eliminere transkripter af målgener eller finjustere deres ekspression på transkriptionelle/translationelle niveauer. Teoretiske overvejelser og eksperimentelle resultater understøtter eksistensen af forskellige roller af miRNA'er.
En mere komplet liste over aspekter relateret til den grundlæggende rolle af små RNA'er i eukaryoter i vækst-/udviklingsprocesser og i nogle patologier (inklusive cancer epigenomics) afspejles i gennemgangen.
Små RNA'er i onkologi
Processerne med vækst, udvikling, progression og metastase af tumorer er ledsaget af mange epigenetiske ændringer, der udvikler sig til sjældnere, vedvarende arvelige genetiske ændringer. Sjældne mutationer kan dog have stor vægt (for et specifikt individ, nosologi), pga i forhold til individuelle gener (for eksempel APC, K-ras, p53) den såkaldte "tragt" effekt forbundet med næsten irreversibel udvikling/konsekvenser af kræft. Den tumorspecifikke heterogenitet af progenitorceller med hensyn til ekspressionsprofilen af forskellige gener (proteiner, RNA'er, små RNA'er) bestemmes af associerede variationer i omstrukturerede epigenomiske strukturer. Epigenomet moduleres ved methylering, post-translationelle modifikationer/erstatninger af histoner (med ikke-kanoniske), remodellering af den nukleosomale struktur af gener/kromatin (inklusive genomisk prægning, dvs. dysfunktion af ekspressionen af alleler af parentale gener og X-kromosomer ). Alt dette, og med deltagelse af RNAi reguleret af små RNA'er, fører til fremkomsten af defekte heterochromatiske (herunder hypomethylerede centromere) strukturer.
Dannelsen af genspecifikke mutationer kan forudgås af den kendte akkumulering af hundredtusindvis af somatiske klonale mutationer i simple gentagelser eller mikrosatellitter af en ikke-kodende (sjældent kodende) region - i det mindste i tumorer med en mikrosatellitmutatorfænotype (MMP) ; de udgør en betydelig del af tyktarmskræft, såvel som lunger, mave, endometrie osv. Ustabile mono-/heteronukleotid mikrosatellit gentagelser (poly-A6-10, lignende) er indeholdt mange gange oftere i regulatoriske ikke-kodende gener, der kontrollere ekspressionen (introner, intergene) end i de kodende (exon) regioner af genomet af mikrosatellit-ustabile, MSI+, tumorer. Selvom arten af udseendet og mekanismerne for lokalisering af MS-stabile/ustabile regioner ikke er fuldstændig klare, korrelerede dannelsen af MS-ustabilitet med hyppigheden af mutationer af mange gener, der ikke tidligere var muteret i MSI+-tumorer og sandsynligvis kanaliserede veje af deres progression; Desuden steg frekvensen af MSI-gentagelsesmutationer i disse tumorer med mere end to størrelsesordener. Ikke alle gener er blevet analyseret for tilstedeværelsen af gentagelser, men deres grad af mutabilitet i kodende/ikke-kodende regioner er forskellig, og nøjagtigheden af metoder til bestemmelse af hyppigheden af mutationer er relativ. Det er vigtigt, at ikke-kodende regioner af MSI-mutable gentagelser ofte er bialleliske, mens kodende regioner er monoalleliske.
Et globalt fald i methylering i tumorer er typisk for gentagelser, transposerbare elementer (TE'er; deres transskription øges), promotorer, CpG-steder af tumorsuppressor miRNA-gener og korrelerer med hypertranskription af retrotransposoner i progressive cancerceller. Normalt er fluktuationer i "methylomet" forbundet med forældre-/stadie-/vævsspecifikke "methyleringsbølger" og stærk methylering af centromere satellitregioner af heterochromatin, reguleret af små RNA'er. Når satellitter er undermethylerede, er den resulterende kromosom-ustabilitet ledsaget af øget rekombination, og afbrydelse af ME-methylering kan udløse deres ekspression. Disse faktorer fremmer udviklingen af en tumorfænotype. Lille RNA-terapi kan være meget specifik, men skal kontrolleres pga mål kan ikke kun være individuelle, men også mange mRNA/RNA-molekyler og nyligt syntetiserede RNA'er fra forskellige (inklusive ikke-kodende intergene gentagelser) regioner af kromosomer.
Det meste af det menneskelige genom består af gentagelser og ME'er. Retrotransposon L1 (LINE-element) indeholder, ligesom endogene retrovira, reversease (RTase), endonuklease og er potentielt i stand til at overføre ikke-autonome (Alu, SVA, etc.) retroelementer; støjdæmpning af L1/lignende elementer forekommer som et resultat af methylering ved CpG-steder. Bemærk, at blandt CpG-stederne i genomet er CpG-øerne af genpromotorer svagt methylerede, og 5-methylcytosin i sig selv er en potentielt mutagen base, deamineret til thymin (kemisk eller med deltagelse af RNA/(DNA)-redigering, DNA reparation); dog er nogle af CpG-øerne udsat for overdreven afvigende methylering, ledsaget af undertrykkelse af suppressorgener og kræftudvikling. Dernæst: det RNA-bindende protein kodet af L1, der interagerer med proteinerne AGO2 (Argo-naute-familien) og FMRP (fragilt mental retardation protein, protein af effektor RISC-komplekset), fremmer bevægelsen af L1-elementet - hvilket indikerer en evt. gensidig regulering af systemerne RNAi og retroposition af menneskelige LINE-elementer. Det er især vigtigt, at Alu-gentagelser er i stand til at bevæge sig ind i intron/exon-regionen af gener.
Disse og lignende mekanismer kan øge den patologiske plasticitet af tumorcellegenomet. Undertrykkelse af RTase (kodet, ligesom endonuklease, af L1-elementer; RTase kodes også af endogene retrovira) via RNAi-mekanismen blev ledsaget af et fald i proliferation og øget differentiering i en række cancercellelinjer. Når L1-elementet blev indført i et proto-onkogen eller suppressorgen, blev DNA-dobbeltstrengsbrud observeret. I kimlinjevæv (mus/menneske) blev ekspressionsniveauet af L1 øget, og dets methylering afhang af det piRNAs-(26-30-bp)-associerede lyddæmpningssystem, hvor PIWI-proteiner er varianter af den store Argo-naute-proteinfamilie mutationer, hvor de fører til demethylering/derepression af L1/lignende elementer med lange terminale gentagelser. PIWI-proteiner er i højere grad end Dicer-1/2- og Ago-proteiner forbundet med rasiRNAs silencing-veje. Silencing-vejene medieret af piRNA'er/siRNA'er realiseres gennem intranukleære legemer, der indeholder store evolutionært konserverede multiprotein PcG-komplekser, hvis funktioner ofte er svækket i tumorceller. Disse komplekser er ansvarlige for langrækkende virkning (over mere end 10 kb, mellem kromosomer) og regulerer klyngen af HOX-gener, der er ansvarlige for kropsplanen.
Nye principper for antisense-terapi kan udvikles under hensyntagen til viden om mere meget specifikke (end histon-modificerende hæmmere af DNA/protein-methylering) antitumor epigenomiske midler, de grundlæggende principper for epigenomisk RNA-dæmpning og små RNA'ers rolle i carcinogenese.
Mikro-RNA i onkologi
Det er kendt, at øget tumorvækst og metastaser kan være ledsaget af en stigning i nogle og et fald i ekspressionen af andre individer/sæt af miRNA'er (tabel 1). Nogle af dem kan have en forårsagende rolle i tumorgenese; og selv de samme miRNA'er (som miR-21/-24) i forskellige tumorceller kan udvise både onkogene og suppressive egenskaber. Hver type human malign tumor er tydeligt kendetegnet ved sit "miRNA-fingeraftryk", og nogle miRNA'er kan fungere som onkogener, tumorundertrykkere, initiatorer af cellemigration, invasion og metastaser. I patologisk ændrede væv findes ofte reducerede mængder af vigtige miRNA'er, der sandsynligvis er involveret i anticancerforsvarssystemer. De miRNA'er (miR'er), der er involveret i onkogenese, har dannet ideen om den såkaldte. "oncomirah": analyse af ekspressionen af mere end 200 miRNA'er i over 1000 prøver af lymfomer og solide kræftformer gjorde det muligt med succes at klassificere tumorer i undertyper i henhold til deres oprindelse og differentieringsstadium. Funktionerne og rollen af miRNA'er er blevet undersøgt med succes ved hjælp af: anti-miR-oligonukleotider modificeret (for at øge levetiden) ved 2"-O-methyl- og 2"-O-methoxyethylgrupper; samt LNA-oligonukleotider, hvori ribose-iltatomerne i position 2" og 4" er forbundet med en methylenbro.
(Tabel 1)……………….
Svulst | miRNA'er |
Lungekræft | 17-92 , lad-7↓ , 124a↓ , 126 ↓ , 143 ↓ , 145 ↓ , 155 , 191 , 205 , 210 |
Mælkekræft | 21 , 125b↓ , 145 ↓ , 155 |
Prostatakræft | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 21 , 143 ↓ ,145 ↓ |
Tarmkræft | 19a , 21 , 143 ↓ , 145 ↓ |
Kræft i bugspytkirtlen | 21 , 103 , 107 , 155 v |
Livmoderhalskræft | 210 |
Kronisk lymfatisk leukæmi | 15a ↓ , 16-1 ↓ , 16-2 , 23 b , 24-1 , 29 ↓ , 146 , 155 , 195 , 221 , 223 ↓ |
tabel 1 .
miRNA'er, hvis ekspression øges () eller falder ( ↓ ) i nogle af de mest almindelige tumorer sammenlignet med normalt væv (se og også).
Det antages, at den regulerende rolle af ekspression, forsvinden og amplifikation af miRNA-gener i modtageligheden for initiering, vækst og progression af de fleste tumorer er signifikant, og mutationer i miRNA/mål-mRNA-par er synkroniserede. Ekspressionsprofilen af miRNA'er kan bruges til klassificering, diagnose og klinisk prognose i onkologi. Ændringer i udtrykket af miRNA'er kan påvirke cellecyklussen, cellens overlevelsesprogram. Mutationer af miRNA'er i stamceller og somatiske celler (såvel som valget af polymorfe varianter af mRNA-mål) kan bidrage til eller endda spille en kritisk rolle i væksten, progressionen og patofysiologien af mange (hvis ikke alle) maligniteter. Ved hjælp af miRNA'er er korrektion af apoptose mulig.
Ud over individuelle miRNA'er blev der opdaget klynger af dem, der fungerer som et onkogen, der fremkalder udviklingen af især hæmatopoietisk vævskræft i forsøgsmus; miRNA-gener med onkogene og suppressoregenskaber kan være placeret i den samme klynge. Klyngeanalyse af miRNAs ekspressionsprofiler i tumorer gør det muligt at bestemme dets oprindelse (epitel, hæmatopoietisk væv osv.) og klassificere forskellige tumorer i det samme væv med ikke-identiske transformationsmekanismer. Vurdering af ekspressionsprofilen af miRNA'er kan udføres ved hjælp af nano-/mikroarrays; Nøjagtigheden af en sådan klassificering, når man udvikler teknologien (hvilket ikke er let), viser sig at være højere end ved brug af mRNA-profiler. Nogle af miRNA'erne er involveret i differentieringen af hæmatopoietiske celler (mus, mennesker), initiering af cancercelleprogression. Humane miRNA-gener er ofte placeret i den såkaldte. "fragile" steder, områder med en overvægt af deletioner/insertioner, punktbrud, translokationer, transpositioner, minimalt deleterede og amplificerede regioner af heterochromatin involveret i onkogenese.
Angiogenese . MiRNAs rolle i angiogenese er sandsynligvis betydelig. Forøget angiogenese i nogle Myc-aktiverede humane adenokarcinomer blev ledsaget af ændringer i ekspressionsmønsteret af nogle miRNA'er, og gen-knockdown af andre miRNA'er førte til svækkelse og undertrykkelse af tumorvækst. Tumorvækst blev ledsaget af mutationer i K-ras-, Myc- og TP53-generne, øget produktion af den angiogene VEGF-faktor og graden af Myc-associeret vaskularisering; mens de antiangiogene faktorer Tsp1 og CTGF blev undertrykt af miR-17-92 og andre klyngeassocierede miRNA'er. Tumorangiogenese og vaskularisering blev forbedret (især i colonocytter) ved co-ekspression af to onkogener i stedet for ét.
Neutralisering af den antiangiogene faktor LATS2, en inhibitor af animalsk cyclin-afhængig kinase (CDK2; menneske/mus), med miRNAs-372/373 ("potentielle onkogener") stimulerede testikeltumorvækst uden at beskadige p53-genet.
Potentielle modulatorer af angiogene egenskaber (in-vitro/in-vivo) er miR-221/222, hvis mål, c-Kit-receptorer (andre), er faktorer for angiogenese af endotelvenøse HUVEC-celler i navlestrengen osv. Disse miRNA'er og c-Kit interagerer som en del af en kompleks cyklus, der kontrollerer endotelcellernes evne til at danne nye kapillærer.
Kronisk lymfatisk leukæmi (CLL). Ved B-celle kronisk lymfatisk leukæmi (CLL) ses et reduceret niveau af genekspression miR-15a/miR-16-1 (og andre) i 13q14-regionen af det humane kromosom - stedet for de mest almindelige strukturelle abnormiteter ( inklusive deletioner af 30 kb-regionen), selvom genomet udtrykte hundredvis af humane modne og præ-miRNA'er. Begge miRNA'er, potentielt effektive i tumorterapi, indeholdt antisense-regioner af det antiapoptotiske protein Bcl2, undertrykte dets overekspression, stimulerede apoptose, men var næsten/helt fraværende i to tredjedele af de "afvigende" CLL-celler. Hyppige mutationer af sekventerede miRNA'er i stamceller/somatiske celler blev identificeret hos 11 ud af 75 patienter (14,7%) med en familiær disposition for CLL (arvemåde ukendt), men ikke hos 160 raske patienter. Disse observationer rejser spekulationer om den direkte funktion af miRNA'er i leukmogenese. I øjeblikket er ikke alt kendt om forholdet mellem genekspressionsniveauerne af miRNA'er (og deres funktioner) og andre gener i normale/tumorceller.
DokumentRelevans. Dysfunktion af ansigtsnerven under operation af spytkirtlen i ørespytkirtlen er et af de aktuelle problemer og bestemmes af både udbredelsen af sygdommen og den signifikante hyppighed
Dawson Church - geniet er i dine gener epigenetisk medicin og den nye intentionsbiologi bog fra biblioteket www e - puslespil ru bog fra biblioteket www e - puslespil ru indholdsfortegnelse
BestilEtik spiritualitet onkologi hiv p garyaev* et enfi resumé
DokumentDenne artikel afspejler et nyt blik på problemet med onkologi og HIV-infektion i lyset af Linguistic-Wave Genetics (LWG) og Essence Coding Theory (ESC) baseret på russiske og andre sociokulturelle realiteter.
Onkologisk Forskningscenter og Blokhina Odintsova Anastasia Sergeevna nye kemoterapiregimer til fremskreden og tilbagevendende livmoderhalskræft 14/01/12 – onkologi
Afhandling4.4. Bestemmelse af uridin glucoronyl transferase isoenzym-genet (UGT1A1) i blodserumet fra patienter med livmoderhalskræft, som modtog første-line kemoterapi med irinotecan med platinderivater 105
Forskere mener, at forkert udtryk af små RNA'er er en af årsagerne til en række sygdomme, der alvorligt påvirker sundheden for mange mennesker rundt om i verden. Disse sygdomme omfatter kardiovaskulær 23 og cancer 24 . Med hensyn til sidstnævnte er dette ikke overraskende: kræft indikerer abnormiteter i udviklingen af celler og deres skæbne, og små RNA'er spiller en kritisk rolle i de tilsvarende processer. Her er et af de mest markante eksempler på den enorme påvirkning, som små RNA'er har på kroppen under kræft. Vi taler om en ondartet tumor, som er karakteriseret ved forkert ekspression af de gener, der virker under den indledende udvikling af organismen, og ikke i den postnatale periode. Dette er en type hjernetumor i barndommen, der normalt opstår før 2-års alderen. Desværre er der tale om en meget aggressiv kræftform, og prognosen her er ugunstig selv ved intensiv behandling. Den onkologiske proces udvikler sig på grund af forkert omfordeling af genetisk materiale i hjerneceller. En promotor, der normalt driver stærk ekspression af et af de proteinkodende gener, gennemgår rekombination med en specifik klynge af små RNA'er. Derefter gennemgår hele denne omarrangerede region amplifikation: med andre ord skabes mange kopier af den i genomet. Som følge heraf udtrykkes små RNA'er placeret "nedstrøms" for den flyttede promotor meget stærkere, end de burde være. Niveauet af aktive små RNA'er er cirka 150-1000 gange højere end normalt.
Ris. 18.3. Små RNA'er aktiveret af alkohol kan kombineres med budbringer-RNA'er, der ikke påvirker kroppens modstandsdygtighed over for virkningerne af alkohol. Men disse små RNA'er binder sig ikke til messenger-RNA-molekylerne, der fremmer en sådan resistens. Dette resulterer i en relativ overvægt af andelen af messenger-RNA-molekyler, der koder for proteinvariationer forbundet med alkoholtolerance.
Denne klynge koder for mere end 40 forskellige små RNA'er. Faktisk er dette generelt den største af sådanne klynger, der findes hos primater. Det kommer normalt kun til udtryk tidligt i menneskelig udvikling, i de første 8 uger af embryonalt liv. Dens stærke aktivering i spædbarnets hjerne fører til katastrofale virkninger på genetisk udtryk. En konsekvens er ekspressionen af et epigenetisk protein, der tilføjer modifikationer til DNA'et. Dette fører til udbredte ændringer i hele DNA-methyleringsmønsteret og derfor til unormal ekspression af alle mulige gener, hvoraf mange kun bør udtrykkes, når umodne hjerneceller deler sig i de tidlige udviklingsstadier. Sådan starter kræftprogrammet i babyens celler 25.
Sådan kommunikation mellem små RNA'er og cellens epigenetiske maskineri kan have en betydelig indvirkning på andre situationer, hvor celler udvikler en disposition for kræft. Denne mekanisme resulterer sandsynligvis i, at effekten af afbrydelse af lille RNA-ekspression forstærkes af ændringer i epigenetiske modifikationer, der overføres til datterceller fra moderen. Dette kan skabe et mønster af potentielt farlige ændringer i genekspressionsmønsteret.
Indtil videre har forskerne ikke fundet ud af alle stadier af interaktionen af små RNA'er med epigenetiske processer, men de kan stadig få nogle hints om funktionerne i, hvad der sker. For eksempel viste det sig, at en bestemt klasse af små RNA'er, som øger brystkræftens aggressivitet, er rettet mod visse enzymer i messenger-RNA'er, der fjerner vigtige epigenetiske modifikationer. Dette ændrer mønsteret af epigenetiske modifikationer i kræftcellen og forstyrrer yderligere genetisk ekspression 26 .
Mange former for kræft er svære at spore hos en patient. Onkologiske processer kan forekomme på svært tilgængelige steder, hvilket komplicerer prøveudtagningsproceduren. I sådanne tilfælde er det ikke let for lægen at overvåge udviklingen af kræftprocessen og responsen på behandlingen. Ofte er læger tvunget til at stole på indirekte målinger - for eksempel en tomografisk scanning af en tumor. Nogle forskere mener, at små RNA-molekyler kan hjælpe med at skabe en ny teknik til overvågning af tumorudvikling, som også kan studere dens oprindelse. Når kræftceller dør, forlader små RNA'er cellen, når den brister. Disse små junk-molekyler danner ofte komplekser med cellulære proteiner eller er pakket ind i fragmenter af cellemembraner. På grund af dette er de meget stabile i kropsvæsker, hvilket betyder, at sådanne RNA'er kan isoleres og analyseres. Da deres mængder er små, bliver forskerne nødt til at bruge meget følsomme analysemetoder. Intet er dog umuligt her: følsomheden af nukleinsyresekventering er konstant stigende 27 . Data er blevet offentliggjort, der bekræfter løftet om denne tilgang til brystkræft 28 , ovariecancer 29 og en række andre kræftformer. Analyse af små cirkulerende RNA'er hos lungecancerpatienter har vist, at disse RNA'er hjælper med at skelne mellem patienter med en solitær lungeknude (som ikke kræver behandling) og patienter, der udvikler ondartede tumorknuder (kræver behandling) 30 .
Små RNA'er, der danner hårnåle, eller korte RNA'er, der danner hårnåle (shRNA short hairpin RNA, small hairpin RNA) molekyler af korte RNA'er, der danner tætte hårnåle i den sekundære struktur. ShRNA'er kan bruges til at slukke for udtryk... ... Wikipedia
RNA polymerase- fra en T. aquaticus-celle under replikation. Nogle elementer i enzymet er gjort gennemsigtige, og RNA- og DNA-kæderne er tydeligere synlige. Magnesiumionen (gul) er placeret på enzymets aktive sted. RNA polymerase er et enzym, der udfører ... ... Wikipedia
RNA-interferens- Levering af små RNA'er indeholdende hårnåle ved hjælp af en lentivirus-baseret vektor og mekanismen for RNA-interferens i pattedyrsceller RNA-interferens (en ... Wikipedia
RNA-gen- Ikke-kodende RNA (ncRNA) er RNA-molekyler, der ikke oversættes til proteiner. Det tidligere brugte synonym, lille RNA (smRNA, lille RNA), bruges ikke længere, da nogle ikke-kodende RNA'er kan være meget ... ... Wikipedia
Små nukleare RNA'er- (snRNA, snRNA) en klasse af RNA, der findes i kernen af eukaryote celler. De transskriberes af RNA-polymerase II eller RNA-polymerase III og er involveret i vigtige processer såsom splejsning (fjernelse af introner fra umodne mRNA), regulering ... Wikipedia
Små nukleolære RNA'er- (snoRNA, engelsk snoRNA) en klasse af små RNA'er involveret i kemiske modifikationer (methylering og pseudouridylering) af ribosomalt RNA, såvel som tRNA og små nuklear RNA. Ifølge MeSH-klassifikationen betragtes små nukleolære RNA'er som en undergruppe... ... Wikipedia
små nukleare (lavmolekylære nukleare) RNA'er- En omfattende gruppe (105.106) af små nukleare RNA'er (100.300 nukleotider), associeret med heterogent nuklear RNA, er en del af kernens små ribonukleoproteingranuler; M.n.RNA'er er en nødvendig komponent i splejsningssystemet... ...
små cytoplasmatiske RNA'er- Små (100-300 nukleotider) RNA-molekyler lokaliseret i cytoplasmaet, svarende til små nuklear RNA. [Arefyev V.A., Lisovenko L.A. Engelsk-russisk forklarende ordbog over genetiske termer 1995 407 s.] Emner genetik EN scyrpssmall cytoplasmic... ... Teknisk oversættervejledning
klasse U små nukleare RNA'er- En gruppe af protein-associerede små (fra 60 til 400 nukleotider) RNA-molekyler, der udgør en væsentlig del af indholdet af splicomet og er involveret i processen med excision af introner; i 4 af de 5 velundersøgte Usn-typer er U1, U2, U4 og U5 RNA'er 5... ... Teknisk oversættervejledning
RNA biomarkører- * RNA-biomarkører * RNA-biomarkører et stort antal humane transkripter, der ikke koder for proteinsyntese (nsbRNA eller npcRNA). I de fleste tilfælde er små (miRNA, snoRNA) og lange (antisense RNA, dsRNA og andre typer) RNA-molekyler... ... Genetik. encyklopædisk ordbog
Bøger
- Køb for 1877 UAH (kun Ukraine)
- Klinisk genetik. Lærebog (+CD), Bochkov Nikolay Pavlovich, Puzyrev Valery Pavlovich, Smirnikhina Svetlana Anatolyevna. Alle kapitler er blevet revideret og suppleret i forbindelse med udviklingen af lægevidenskab og praksis. Kapitlerne om multifaktorielle sygdomme, forebyggelse, behandling af arvelige sygdomme,...