Odkritje mikro RNA (miRNA)

ODKRITJE mikro-RNA (miRNA)

Leta 1993 je skupina znanstvenikov, na čelu z Viktorjem Ambrosom, prišla do odkritja mikro-RNA (miRNA). Njihova raziskava je potekala na glisti C. Elegans, pri kateri so opazovali gen Lin-14, ki vpliva na razvoj gliste. Znano je, da gre ta modelni organizem čez 4 stadije razvoja, čas posameznega stadija pa določa gen imenovan Lin-4.

Ugotovili so, da je gen Lin-14 reguliran z majhno RNA, ki je produkt ravno tega gena. Pri transkripciji nastane 61 nukleotidov dolg prekurzor, ki v kasnejših fazah dozori v samo 22 nukleotidov dolgo zrelo RNA, ki so jo poimenovali miRNA. Opazili so, da ima miRNA skoraj da komplementarno zaporedje na 3' UTR, gena Lin-14. 3'UTR je regija na 3' koncu mRNA in ima postregulatorno vlogo, sem pa se tudi veže miRNA.

Z raziskavo so dokazali, da je v celici zelo malo proteina, ki bi moral biti transleciran, kljub temu, da je bilo prisotne veliko Lin-14 mRNA. Ta raziskava je pripeljala do odkritja, da je miRNA odgovorna za inhibicijo translacije Lin-14 mRNA. To je bila tudi prva odkrita miRNA in ravno to odkritje je pomenilo da ima mikro-RNA sposobnost utišanja genov in spada v posebni razred RNA. Možnost vpliva na izražanje genov je kmalu postalo aktualno področje za raziskave, in še danes se mnogo znanstvenikov posveča delovanju in odkrivanju novih miRNA. Prva miRNA, ki je bila odkrita v zgodnjih 90-ih letih prejšnjega stoletja, sprva ni bila priznana kot biološki regulator, kar se je zgodilo šele leta 2000. Od takrat naprej so raziskave miRNA razkrile pomembno vlogo v negativni in možno sodelovanje v pozitivni regulaciji. Na podlagi raziskav je miRNA verjetno udeležena v mnogih bioloških procesih. Leta 2000 so že ugotovili, da je miRNA zadolžena za utišanje mnogih ostalih mRNA (npr. Lin-41, Lin-14, Lin-28 itd.). Do danes je poznanih že preko 4000 miRNA, ki so bile odkrite v evkariontih, predvsem v sesalcih, spužvah in rastlinah. Do sedaj je bilo pri ljudeh odkritih preko 700 miRNA, predvidevajo pa, da jih obstaja še 800. Delovale naj bi na kar 60% naših genov.

Zanimivo je, da lahko s primerjavo različnih miRNA med seboj razmejimo molekularno evolucijsko zgodovino oz. potek evolucije. To pa zato, ker lahko kompleksnost določenega fenotipa (kateri proteini se izrazijo) odraža, kateri zapis za miRNA bomo našli v genotipu. (do sem je povzetek spisal Rok Štemberger)

Ob začetku projekta Gene-genome so znanstveniki predvidevali, da bodo našli preko 100.000 genov, ki kodirajo proteine, vendar so jih na koncu našli samo 20.000. Dolgo časa je prevladovalo mnenje, da so nekodirajoča intronska zaporedja neuporabna, oziroma niso poznali njihove vloge, danes pa se bližamo spoznanju, da je skoraj celoten genom funkcionalen. To domnevo potrjuje tudi miRNA, saj njen zapis najdemo v intronskih regijah, in sicer tako na kodirajočih kot tudi nekodirajočih genih.

Danes je znano, da je miRNA nekodirajoča, in je dolga približno 22 nukleotidov, komplementarna pa je v sekvenci nekaterim regijam določene mRNA. MiRNA regulira mRNA tako da jo prereže oz. inhibira translacijo proteinov. Najdemo jo v mnogih organizmih. Največ raziskav je potekalo na črvih in muhah, v zadnjem obdobju pa vse več raziskav poteka tudi pri človeku. Zanimivo je tudi, da do 1% človeškega genoma lahko kodira človeško miRNA, ta pa lahko cilja na več kot polovico vseh mRNA. Ta podatek nam pove, da je še veliko neznanega o celotni usodi miRNA v organizmu, in da bi lahko v prihodnosti morda z manipulacijo miRNA izkoristili njene lastnosti sebi v prid.

Do leta 2004 so raziskovalci ugotovili, da miRNA deluje kot kontrola pri:

• celični delitvi

• celični smrti

• celični diferenciaciji

• metabolizmu maščob v muhah

• oblikovanju nevronov v glistah

• razvoju listov in cveta

• morfogenezi udov

• proliferaciji

• apoptozi edokrinega sistema

• Obnova kosti

Poleg tega so odkrili, da različne miRNA najdemo v različnih celičnih tipih in tkivih. Izražanje miRNA je odvisna v katerem tkivu je prisotna, kar odraža izjemno diverziteto v celičnih fenotipih in tako igra pomembno vlogo v diferenciaciji tkiva in njegovem vzdrževanju. Danes se znanstveniki ukvarjajo predvsem z opazovanjem miRNA in kako ta regulira številne procese v telesu. Zelo zanimiv primer neposrednega delovanja miRNA je v zvezi z obnavljanjem kosti v našem telesu. V najstniških letih se naše kosti izgrajujejo s pomočjo osteoblastov, kasneje pa preidemo v fazo, ko se kosti obnavljajo, pri čemer potekata tako proces izgradnje (z osteoblasti), kot razgradnje s pomočjo osteoklastov. Nepravilno regulirana diferenciacija celic v osteoblaste in osteoklaste lahko privede do bolezenskih stanj, kot je na primer osteoporoza. Najpomembnejša molekula pri regulaciji diferenciacije pa je prav miRNA. Procese, ki jih bomo omenjali v nadaljevanju veljajo za živali, kajti pri rastlinah vse skupaj poteka malo drugače. (do sem je povzetek spisala Tjaša Flis)

OPIS STRUKTUR IN ZORENJE miRNA

Večina odkritih miRNA genov je nesmiselno orientirana glede na sosednje gene in tako menimo, da je prepisana kot neodvisna enota. V nekaterih primerih pa je miRNA prepisana skupaj s svojim gostiteljskim genom, kar zagotavlja sklopljeno regulacijo miRNA in gena, ki kodira protein. Gene za miRNA najdemo na intronskem zaporedju v genih, ki kodirajo ali pa ne kodirajo proteina, lahko pa leži celo v eksonih dolgega nekodirajočega zaporedja. Največji del molekul miRNA kodirajo intronska zaporedja kodirajoče RNA. Glavni razlog je, da je s tem, ko se hkrati prepišeta mRNA, in miRNA, zagotovljena regulacija na nivoju sinteze proteinov.

Zorenje miRNA je večstopenjsko, zato poznamo več struktur miRNA. Če jih zapišemo pa vrstnem redu nastanka, si sledijo:

• pri-miRNA (primary mikroRNA) ali primarna miRNA

• pre-miRNA (mikroRNA precursor) ali prekurzorska miRNA

• miRNA dupleks ali dvovijačni dupleks

• zrela miRNA

Pri-miRNA: Je oblika, ki nastane takoj po prepisu iz DNA s pomočjo encima RNA polimeraza II (ali III). Verigo lahko sestavlja tudi več tisoč nukleotidov, v strukturi pa najdemo številne lasnice. Transkripcija pri-miRNA je regulirana s transkripcijskimi faktorji, vse pa imajo dodan poli-A rep in na 5' koncu 5'kapo.

Pre-miRNA: Je mnogo krajša molekula, ki nastane po delovanju encima Drosha in se zreducira na 60-70 nukleotidov, v večini primerov nastane 61 nukleotidov dolg prekurzor. Pre-miRNA se začne z zanko, sredinski del molekule pa se po navadi zvije v dvojno vijačnico. Tvorijo se specifični 5' in 3' konci (3' je za 2 nukleotida daljši). S tem se struktura označi in je pripravljena za prenos iz jedra s pomočjo prenašalcev Exportin-5 in RAN-GTP.

MiRNA dupleks: V citoplazmi deluje na mi-RNA (oziroma na pre-miRNA) še drug encim imenovan Dicer, ki je po delovanju podoben Droshi, njegova glavna naloga pa je, da odreže začetni del molekule (zanko). Pri tem nastane dvovijačni dupleks.

Zrela miRNA: Helikaza zazna, kateri konec je šibkejši in v tem delu razcepi dvovijačni dupleks na dva dela - vodilno in potniško verigo, pri čemer vodilna veriga predstavlja zrelo miRNA. Če je zrela miRNA le delno komplementarna zaporedju na mRNA, služi kot inhibitor translacije. Če pa je zrela miRNA (skoraj) popolnoma komplementarna, potem pa reže mRNA s pomočjo endonukleaze na točno določenem mestu (med 10. in 11. Nukleotidom) oz. jo degradira. (do sem je povzetek spisal Mitja Crček)

DODATNO GRADIVO

(od tukaj naprej pa smo naredili skupaj)

1. Za boljšo predstavo zgoraj opisanega zorenja miRNA vam prilagam še sliko, link: http://www.google.si/imgres?num=10&um=1&hl=sl&client=firefox-a&rls=org.mozilla:sl:official&biw=1680&bih=878&tbm=isch&tbnid=aDSzSymnWaCqeM:&imgrefurl=http://www.highlighthealth.com/resources/micrornas-in-human-health-and-disease/&docid=xTWyuD3LzJqH3M&imgurl=http://www.highlighthealth.com/wp-content/uploads/2009/07/microrna-pathway.png&w=544&h=734&ei=A4p4T8i_D4vT4QT_5Z2CDw&zoom=1&iact=hc&vpx=353&vpy=482&dur=382&hovh=210&hovw=156&tx=145&ty=142&sig=109233804040984737619&sqi=2&page=1&tbnh=167&tbnw=124&start=0&ndsp=33&ved=1t:429,r:18,s:0

2. Zraven pa prilagam tudi video iz youtuba, ki vam prikaže funkcijo in biogenez miRNA (v poštev pride samo prvih 53 sekund videa), link: http://www.youtube.com/watch?v=_-9pROnSD-A

VIRI

1. V. Narry, Kim. MicroRNA biogenesis: coordinated cropping and dicing. Nature reviews molecular cell biology, 2005, str.376-385.

2. L. Nelson David, M. Cox Michael. Principles of biochemistry. New York: W. H. Freemen and company, 2008, STR. 1045-1046

3. P. Bartel, David. MicroRNAs: Genomics, Biogenesis, Mechanism, and Function. Cell, 2004, letn.116, str.281-297.

4. http://www.news-medical.net/health/What-is-MicroRNA.aspx - [25.3.2012]

5. http://en.wikipedia.org/wiki/MicroRNA - [26.3.2012]