РНК-інтерференція: введення
РНК інтерференція (RNA interference, RNAi): спосіб посттранскрипційна придушення експресії генів (сайленсінг, silencing), при якому дволанцюжкова РНК (dsRNA) індукує деградацію гомологичной мРНК. Дволанцюжкова РНК при цьому розпадається на короткі дволанцюжкові фрагменти (21-25 п.о.), що позначаються як малі интерферирующие РНК (small interfering RNA, siRNA). Можливо, частково РНК інтерференція може здійснюватися і на транскрипционном рівні, принаймні, у деяких організмів. МікроРНК (miRNA) і siRNA утворюються за допомогою одного і того ж ферменту DICER - рибонуклеази III типу. На відміну від miRNA, siRNA продукуються з довгих дволанцюжкових РНК, що потрапляють в клітину екзогенно або з dsPHK. утворюються в результаті транскрипції в протилежних напрямках однієї ділянки геному.
RNAi стала важливим лабораторним методом дослідження функцій генів в культурах клітин і в живих організмах. При цьому синтетична dsPHK, спрямована проти певного транскрипту, додається до клітин, щоб викликати RNAi
На виборче пригнічення синтезу вірусних білків за допомогою механізму РНК-інтерференції покладаються серйозні терапевтичні надії, оскільки інтерференція - існуючий механізм в клітинах, який заважає поширенню вірусної інфекції. (Білки, які беруть участь в цьому процесі, були названі интерферонами). У відповідь на введення в клітини фрагментів нуклеїнової кислоти довжиною понад тридцять нуклеотидів (віруси мають значно більший розмір) в їх цитоплазмі запускається потужний інтерфероновий відповідь, блокуючий весь білковий синтез (тобто відбувається неспецифічний захисний відповідь клітини на вірусну інфекцію). І ось недавно відкритий абсолютно новий спосіб регуляції роботи генів в клітинах - механізм РНК-інтерференції. З'ясувалося, що в клітці існує спеціальний механізм, здатний деградувати строго певні РНК (без участі рибозимов) і таким чином повністю інактивувати її. Цей механізм деградації може бути спрямований на будь-яку конкретну РНК - клітинну, бактеріальну або вірусну.
Суть механізму РНК-інтерференції полягає в тому, що при введенні в клітини короткою двунітевой РНК (днРНК) вона здатна викликати специфічне руйнування тієї мРНК, з якої має гомологію. Спочатку днРНК розрізається спеціальним ферментом на короткі фрагменти розміром від 19 до 21 пар нуклеотидів. Після невеликих хімічних модифікацій ці короткі днРНК утворюють специфічний комплекс з певними клітинними білками. У цьому комплексі днРНК розплітається і стає однонитевой. Потім коротка однониткових РНК в силу своєї комплементарності взаємодіє зі строго визначеною мРНК (копією гена-мішені), що є сигналом для "розрізання" останньої ферментами комплексу. Утворені в результаті цього короткі фрагменти мРНК вже не здатні забезпечувати синтез повноцінного білка. Таким чином, конструюючи різні днРНК можна пригнічувати синтез строго певних білків в клітині, не змінюючи при цьому структуру кодують їх генів.
З метою впливу на ВІЛ випробувано кілька варіантів РНК інтерференції. Якщо спочатку для придушення вірусу використовували интерферирующие РНК до вірусних мРНК, то в подальшому прийшли до висновку, що більш доцільним є направляти днРНК на клітинні мРНК, такі як, наприклад, мРНК, що кодують вірусний рецептор CD4 і / або корецептор CCR5. Справа в тому, що вірусні гени швидко видозмінюються, відповідно змінюється нуклеотидних послідовність вірусної РНК. В результаті цього конкретна штучно синтезована інтерферуюча РНК стає мало ефективною до деяких варіантів вірусу. Клітинні ж гени, що забезпечують взаємодію вірусу з клітиною, стабільні (вони змінюються надзвичайно рідко). З цієї причини придушення їх роботи за допомогою інтерферуючих РНК відбувається надійніше. Увага була звернена на клітинні білки-рецептори або корецептор для ВІЛ. Якщо запобігти синтез хоча б одного з них, вірус не зможе проникати в клітку. На клітинах, які ростуть поза організмом (in vitro), були використані обидві стратегії, і вони дали позитивний результат. Так, показано повне придушення інфікування ВІЛ макрофагів за допомогою комбінації коротких інтерферуючих днРНК, спрямованих проти клітинних і вірусних генів. Одноразове застосування днРНК забезпечувало довгостроковий захист цих неделящихся клітин від вірусу. Виявлена також можливість придушення розмноження ВІЛ в уже інфікованих клітинах.
Використання інтерферуючих РНК має ряд переваг в порівнянні з антисмислового РНК (велика ефективність, менша токсичність). Однак до практичного застосування цієї нової технології до людини поки ще справа не дійшла. Складність полягає в тому, що двунітевие РНК дуже нестабільні і швидко руйнуються в організмі. Крім того, треба забезпечити присутність цих РНК в клітинах, уражених вірусом, а не взагалі в організмі. На сьогоднішній день ще немає надійних способів доставки генів і РНК в окремі клітини, не відпрацьовані до кінця прийоми, що забезпечують тривале перебування РНК в організмі.
У міру з'ясування дії двухцепочечной РНК в клітинах безхребетних ставало дедалі зрозуміліше, що феномен РНК-інтерференції має багато спільного з іншим явищем, відкритим за кілька років до цього у рослин - косупрессіей.
Мабуть, різні явища HDGS можуть здійснюватися різними механізмами, що включають ДНК-ДНК-, ДНК-РНК-і РНК-РНК-взаємодії, і необов'язково за участю двухцепочечной РНК.
З іншого боку, останнім часом починає прояснюватися зв'язок багатьох, які здавалися раніше різними, феноменів HDGS. Цілком можливо, що подальші дослідження приведуть до подання про єдиний механізм HDGS, що проявляється на транскрипционном або пост-транскрипционном рівні в різних системах.