Funkcije nekodirajoče RNA, ki je po izvoru transpozonska
Uvod
Transpozicijski elementi (TE) predstavljajo pomemben dejavnik genomske kompleksnosti evkariontov. Pomembni so zaradi funkcije premikanja po DNA, ki pomembno vpliva na evolucijsko ločevanje organizmov, kratkoročno pa lahko predstavlja genomsko nestabilnost. Vplivajo tudi na aktivnost transkripcije genov v njihovi bližini s spreminjanjem njihovih epigenetskih značilnosti ali položaja regulatornih elementov.
V našem seminarju se bomo osredotočili na TE, ki predstavljajo izvor funkcionalnih dolgih ali kratkih nekodirajočih RNA pri rastlinah. Njihova funkcija je povezana s trans regulacijo aktivnosti genov na transkripcijskem in post-transkripcijskem nivoju. Trans regulacija je delovanje molekul na oddaljene dele genoma preko drugih, vmesnih molekul. Dolge nekodirajoče RNA iz TE spreminjajo izražanje genov z vezavo na proteine, razgrajevanjem majhnih RNA in tvorbo dupleksov z DNA ali RNA.
TE se lahko nahajajo v nekodirajočih delih DNA, kjer običajno nimajo večjega učinka, ali pa v neposredni bližini genov. Slednji močno vplivajo na nivo transkripcije bližnjih genov. Poleg tega lahko TE vplivajo na epigenetske značilnosti bližnjih regij DNA in tako dodatno vplivajo na izražanje genov. Zato so rastline razvile številne mehanizme za zmanjševanje vpliva TE na ali v bližini genov in omejitev traspozicijskih premikov na ta mesta.
TE so pomemben izvor nekodirajočih RNA. Pri rastlinah so to predvsem dolge in kratke nekodirajoče RNA (lncRNA, smRNA), ki predstavljajo glavni regulator izražanja genov. lncRNA molekule večinoma nastanejo s pomočjo encima RNA polimeraza II (RNAPII) alternativno pa z rastlinsko specifičnimi polimerazami (RNAPIV, RNAPV). lncRNA molekule z interakcijami s proteini, DNA ali RNA utišajo izražanje genov na nivoju transkripcije. Druga možnost je, da lncRNA prepoznajo specifičen DICER protein, ki tvori več smRNA, ki sodelujejo pri utišanju genov.
Aktivne majhne RNA, ki so po izvoru transpozonske
Po izvoru transpozonske male interferenčne RNA (siRNA), ki povzročijo metilacijo DNA in nastanek heterokromatina na mestih TE ter utišajo njihovo transkripcijo (het-siRNA)
V normalnih pogojih je večina TE utišanih z metilacijo. Mehanizem metilacije je od RNA odvisna DNA metilacija (RdDM). Začne se, ko od RNA odvisna RNA polimeraza 2 (RDR2) prepozna na novo nastale RNA iz TE, nastale z delovanjem encima RNAPIV in jih spremni v dsRNA molekule. Protein DICER - LIKE 3 (DCL3) jih nato procesira v 24 nt siRNA, prenese v citoplazmo in naloži na ARGONAUTE4 (AGO4) ali na AGO3 in AGO6 proteine. AGO4 s siRNA molekulami se vrne v jedro, tam prepozna RNAPV transkripte s komplementarnim zaporedjem. Po interakciji teh dveh RNA zaporedij se na kompleks veže posebna DNA metiltransferaza (DOMAINS REARRANGED METHYTRANSFERASE 2, DRM2). Ta povzroči metilacijo TE, iz katerih te RNA izvirajo. Posledica tega je kondenzacija kromatina in trajno utišanje TE. Pri utišanju sodeluje tudi DNA topoizomeraza 1α, encim, ki spreminja topologijo DNA. V tem procesu olajša tvorbo lncRNA molekul z RNAPV, približanje in vezavo AGO4 ter metilacijo H3K9 (H3K9me2). To nakazuje, da tudi organizacija DNA vpliva na utišanje TE. Ta mehanizem utišanja je za rastline pomemben kot odgovor na stres in za prenos epigenetskih informacij na potomce. Večkrat se zgodi, da se TE vrine v ali v bližino gena. Če na te TE deluje RdDM, se poleg TE metilirajo tudi ti geni. Metilacija po navadi predstavlja utišanje genov, zato lahko predstavlja težavo pri preživetju rastline.
Het-siRNA lahko delujejo trans. Pri Arabidopsis thaliana se v normalnih pogojih sintetizirajo het-siRNA molekule iz pericentromernih TE. Te prepoznajo in utišajo oddaljene gene za proteine, ki ob okužbi prepoznajo molekule pogosto prisotne v patogenih (PATTERN RECOGNITION RECEPTORS, PRRs) in proteine vnetnega odziva ter prirojenega imunskega odziva (NUCLEOTIDE-BINDING LEUCIN-RICH REPEAT PROTEINS, NLRs). Ob okužbi s Pseudomonas syringae (Gram negativna bakterija), pride najprej do povišanega izražanja pericentromernih TE. Sledi RdDM, poveazana z akumulacijo het-siRNA, ki metilacijo usmerjajo na izvorne TE. To povzroči zmanjšanje represije obrambnih genov in večjo odpornost na patogen.
