Vloga malih nekodirajočih RNA pri regulaciji RNA metabolizma rastlin

Uvod

Male RNA (sRNA) so 20 – 31 nukleotidov dolge nekodirajoče molekule RNA, ki na različne načine sodelujejo pri regulaciji izražanja genov. Med te, ki imajo regulacijsko vlogo, najpogosteje prištevamo mikroRNA (miRNA), malo interferenčno RNA (siRNA) in PIWI-interagirajoča RNA (piRNA). Njihova glavna vloga v celici je RNA-interferenca (RNAi) oziroma RNA-vodeno utišanje genov, ki lahko poteka na več nivojih, in sicer transkripcijsko z epigenetskimi modifikacijami, post-transkripcijsko z razgradnjo mRNA in s translacijsko represijo. Pri vseh sodelujejo še AGO proteini, ki vežejo sRNA in skupaj z njimi tvorijo RISC kompleks (RNA-induciran kompleks za utišanje genov). V nadaljevanju se osredotočamo predvsem na pomen RNA-interference pri rastlinah, pri katerih sodeluje pri prilagoditvenih odzivih na spremembe v okolju in pomembnih razvojnih stopnjah, ter na njeno povezavo z retrogradno signalizacijo.

Sinteza malih RNA pri rastlinah

Sinteza miRNA se začne, ko RNA-polimeraza II prepiše gen za miRNA in nastane pri-miRNA, več kot 1000 nukleotidov dolga lasnična RNA molekula, ki še vsebuje 3' poli-A rep in 5' kapo. Nanjo deluje DCL1 (encim z endonukleazno aktivnostjo), kar vodi v nastanek pre-miRNA, 70 nukleotidov dolgo lasnično RNA. Sledi vezava kompleksa DCL1/3/4 s pomožnimi proteini HYL1, SE in TGH, kar vodi v nastanek dvoverižnega dupleksa z vodilno in tako imenovano »passenger« verigo. Na obeh 3' koncih se nahaja dva nukleotida dolg privesek, ki ga v citoplazmi metilira metiltransferaza HUA ENHANCER1 in s tem zavaruje molekulo pred uridilizacijo ter razgradnjo. Na koncu se miRNA dupleks s pomočjo šaperonov naloži na AGO1/10 in tvori aktiven miRISC kompleks, pri čemer v kompleksu ostane le vodilna veriga.

Za razliko od miRNA se siRNA ne prepiše iz lastnega gena, ampak se njena sinteza v celici prične, ko RNA polimeraza IV prepiše transpozone in ponavljajoče se regije. Primarni transkript ni podvržen DCL proteinom, ampak se najprej s pomočjo RNA-odvisne RNA polimeraze RDR2/4 podvoji, da nastane dvoverižna RNA. Šele takrat se prenese v citoplazmo, kjer jo DCL2/3/4 razreže na 20 – 24 nukleotidov dolge fragmente, ki se s pomočjo šeperona HSP90 naložijo na AGO4/6/9 in tvorijo siRISC kompleks.