Научно-практический журнал
[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'

197376, Санкт-Петербург, ул. Акад. Павлова, д. 12,
Институт экспериментальной медицины РАМН
Тел.: (812) 543 52 14, +7 921 984 11 30, +7 921 909 55 49
Факс: (812) 543 52 14
E-mail:
Web: www.cytokines.ru


  


2016 год
1 номер 2 номер

О Журнале

Текущий год
Архив

Рубрики
Подписка

NEW Книжная полка
NEW Стол заказов

Карта сайта
Правила для авторов

Поиск

Контакты
Наши партнеры:

Русский языкEnglish language
Карта сайта Написать письмо, наши координаты

Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья

Журнал 'Цитокины и воспаление', 2011, № 4

Заказать этот номер

Заказать эту статью в PDF

Оригинальные статьи

Номер 4'2011

Обзор РНК-интерференция и система интерферона

Т.М. Соколова , Ф.И. Ершов

В обзоре обобщены данные последних лет, раскрывающие важную роль двуспиральных РНК (дсРНК) в специфических и неспецифических механизмах регуляции генной активности в живых организмах. Показано, что РНК-интерференции (РНК-и) и система интерферона взаимосвязаны и работают в клетке одновременно как системы врожденного иммунитета. Ранее сформировавшееся мнение о том, что короткие дсРНК неспособны активировать систему интерферонов и действуют только на специфические мРНК, в настоящее время пересматривается. Приведены доказательства, что регуляторные взаимосвязи осуществляются как на этапе узнавания дсРНК-структур TLR-рецепторами, так и внутриклеточными дсРНК-связывающими белками. Последние являются внутриклеточными сенсорами дсРНК и трансдукторами ключевых сигналов развития в клетках антивирусного состояния и апоптоза. (Цитокины и воспаление. 2011. Т. 10. № 4. С. 11–20.)

Ключевые слова: дсРНК, РНК-интерференция, интерферон, иммунитет.

Открытие интерферона (IFN) опередило открытие интерферирующих коротких РНК на 40 лет [19]. Как выяснилось, обе системы относятся к механизмам врожденного клеточного иммунитета, осуществляемым с участием длинных и коротких двуспиральных РНК (дсРНК) на уровне транскрипции и трансляции с участием специальных ферментных комплексов [17, 48, 55]. Спустя 3 года после описания интерферирующего действия коротких дсРНК (миРНК) был обнаружен многочисленный класс микроРНК сначала у червя Caenorhabditis elegans, а затем в клетках мыши и человека. Внутриклеточное образование и накопление дсРНК-структур осуществляется при транскрипции клеточного и вирусного геномов и репликации вирусных нуклеиновых кислот и контролируется семейством РНКазы III. От 5 до 10 % клеточного генома может транскрибироваться с обеих нитей, давать антикомплементарные РНК с преимущественной локализацией в 5' и 3'-некодирующих районах мРНК.

Действие дсРНК на клетки отличается полифункциональностью [51]. Эффект зависит от длины, структуры, механизма образования и локализации дс-структур. Можно выделить ряд общих, характерных особенностей действия дсРНК:

  1. осуществляется с участием рецепторов TLR3, -7, -8 и дсРНК-связывающих белков: протеинкиназы (дсПК) и сигнальных эндосомальных хеликаз RIG и MDA;

  2. включает регуляцию процессов транскрипции и трансляции, контролирующих клеточную пролиферацию и апоптоз;

  3. связано с системой IFN и иммунитета на этапе индукции генов и активации дсРНК-связывающих белков-ферментов;

  4. обладает избирательной чувствительностью к РНК-азам III, что обеспечивает механизм РНК-интерференции (РНК-и);

  5. по сравнению с односпиральными РНК отличается стабильностью и биодоступностью, благодаря устойчивости дсРНК к многим РНК-азам. Перечисленные особенности послужили основанием для создания группы препаратов дсРНК, обладающих широким спектром антивирусного действия в сочетании с иммуномодулирующей и антипролиферативной активностью [2].

В последние годы представления о роли РНК-и в системе врожденного иммунитета были существенно расширены новыми данными [7, 30, 48, 56]. Ранее сформировавшееся мнение о том, что короткие дсРНК неспособны активировать систему интерферонов и действуют только на специфические мРНК, в настоящее время пересматривается. Появляется все большее число доказательств, что между системами РНК-и и IFN существуют регуляторные взаимосвязи как на этапе узнавания дсРНК-структур TLR-рецепторами, так и внутриклеточными дсРНК-связывающими белками. Последние являются внутриклеточными сенсорами дсРНК и трансдукторами сигналов антивирусного состояния и апоптоза.

РНК-интерференция (РНК-и)

Исследования постранскрипционных процессов регуляции с участием малых ингибиторных дсРНК (сокращенно миРНК или small inhibitory RNA (siRNA)) в клетках червя Caenorhabditis elegans привели к открытию нового явления, названного РНК-интерференция(РНК-и), или post-transcriptional gene-silencing (PTGS) [19]. Подобное явление ранее наблюдали в растениях как важный механизм регуляции синтеза мРНК и способ защиты от вирусов [1]. В ходе работ на плодовой мушке Drosophila melanogaster было выяснено наличие двух стадий в этом процессе: инициаторной и эффекторной. После обнаружения явления РНК-и у млекопитающих интерес стал глобальным в фундаментальном и прикладном аспектах. На протяжении последних лет достигнут значительный прогресс в знаниях о специфических механизмах регуляции генной активности в живых организмах с участием РНК-и [16, 23]. Эффективность действия миРНК как выключателей генов оказалась на 2 порядка выше, чем антисмысловых олигонуклеотидов [4]. Способ более доступен в исполнении, чем получение организмов с делетированными генами. Для РНК-и введен термин «генный нокдаун» (knockdown) в противовес генному нокауту.

Интерес к явлению значительно усилился после понимания, что РНК-и — это важная составляющая врожденного иммунитета к вирусным патогенам, обеспечивающая антивирусный ответ при вирусной инфекции [7, 32, 48, 58]. Многое сделано в направлении расшифровки механизма РНК-и, участвующих в нем разнообразных форм миРНК и микроРНК, клеточных рецепторов, дсРНК-связывающих белков и ферментов. Созданы генноинженерные конструкции, способные стабильно экспрессировать разные виды миРНК в клетках и в организме [49]. Осуществлен химический синтез модифицированных специфических миРНК, устойчивых к нуклеазам [9, 14]. Огромным стимулом является возможность создания на основе РНК-и эффективных и специфичных антивирусных и противоопухолевых препаратов прямого действия [3, 4, 6]. Фармацевтические компании оказывают необходимую поддержку в разработке средств направленной доставки дсРНК-препаратов, проведении клинических испытаний. РНК-и защищает клеточный геном от вирусного воздействия и проникновения мобильных генетических элементов путем деградации экзогенного геномного материала (в т. ч. вирусных РНК). Контроль РНК-и осуществляется на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. В настоящее время роль РНК-и в антивирусном ответе активно изучается. В клетках млекопитающих дсРНК вызывает синтез IFN [2, 20, 27, 31]. Возникает вопрос: «Какова связь между системами РНК-и и IFN, поскольку обе работают с участием молекул дсРНК и направлены на подавление процессов транскрипции и трансляции мРНК?». Обе защитные системы работают в клетках одновременно: РНК-и — высокоспецифическая, направленная на мРНК мишени [42], и IFN — неспецифическая, индуцируемая разными стрессорными воздействиями, встроенная в многосетевую клеточную регуляцию с участием дсРНК-зависимых белков-ферментов [46].

Механизм РНК-интерференции

В РНК-и принимают участие малые ингибиторные РНК (миРНК) и микроРНК [15, 39, 40]. Между ними существует два ключевых различия: микроРНК — это транскрипты генов, не кодирующие белок, синтезируемые РНК-полимеразой II. Открыты тысячи генов клеточных и вирусных микроРНК, но их происхождение и этапы эволюции остаются неизвестными[53]. В противоположность микроРНК, не существует генов миРНК. МиРНК (siRNA) образуются после деградации ферментом Dicer (семейство РНКазы III) длинных дсРНК-транскриптов интегрированных в геном транспозонов, или других типов инвертированных повторов, а также вирусных дсРНК или синтетических дсРНК трасфецированных в клетки. МиРНК полностью комплементарны мРНК-мишеням, тогда как микроРНК, по крайней мере у животных и вирусов, показывают ограниченную комплементарность к узнаваемым сайтам.

На рис. 1 представлены два варианта проявления специфических ингибиторных эффектов миРНК на уровне трансляции: деградация мРНК и подавление трансляции мРНК. Полная или частичная комлементарность антисенс-спирали дуплекса определяет узнавание и расщепление мишеней мРНК. После связывания дсРНК с комплексом RISC при участии белка Ago-2 (Argonaute) и других белков происходит АТФ-зависимое расщепление и удаление из комплекса так называемой «пассажирской нити» (passenger strand). В результате активированный комплекс содержит одноцепочечную молекулу «РНК-гид» (guide), которая определяет специфичность узнавания последовательности на мРНК-мишени. В настоящее время идентифицированы несколько компонентов RISC. В составе комплекса RISC найдена TSN-нуклеаза (Tudor staphylococcal nuclease ). Dicer образует комплекс с группой РНК-связывающих белков: TRBP (TAR-RNA binding protein — белком, взаимодействующим с РНК ВИЧ-1), PACT (proteinkinase activator) и Ago, «загружающими» миРНК в RISC. Ago2 взаимодействуют с PAZ-доменом нуклеазы Dicer. После присоединения «РНК-гида» к комплементарному участку мРНК происходит полный или частичный гидролиз мишени.

Читайте статью целиком
в печатной версии журнала
!

Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья


Начата подписка на 2016 год!

Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2008 год.

© 2002-2017 Цитокины и Воспаление