Viroidi in retrocimi - krožne RNA zmožne avtonomne replikacije
Uvod
Krožne RNA (circRNA) so poseben razred dolgih nekodirajočih RNA, ki nastanejo prek posebnega načina izrezovanja intronov in spajanja eksonov (backsplicing) pre-mRNA. Prvi znani primer circRNA so viroidi, patogeni rastlinski krožni RNA, brez DNA analogov v genomu. Druga skupina circRNA so retrocimi, ki nastanejo s transkripcijo lastnih genskih lokusov in zaradi prisotnosti ribocimov zmorejo avtokatalitično kroženje ter RNA-RNA replikacijo. Kovalentno zaprta struktura zagotavlja večjo stabilnost retrocimom in viroidom, ki, kljub temu da so razvrščeni med nekodirajoče RNA, lahko potencialno kodirajo peptide, kar širi njihov biotehnološki potencial.
Krožna RNA (circRNA)
Krožne RNA (circRNA) so kovalentno zaprte, enoverižne, nekodirajoče molekule. Lahko nastanejo s povezavo 5' in 3' koncev linearne RNA, kot vmesni produkti RNA-procesnih reakcij ali prek posebnega mehanizma izrezovanja intronov in spajanja eksonov, imenovanega backsplicing. Pri backsplicingu se navzdolnje 5' spojitveno mesto (donor) poveže z navzgornjim 3' spojitvenim mestom (akceptor).
Regije pre-mRNA, ki se bodo povezale, morajo biti prostorsko blizu, kar omogočajo obrnjena ponavljajoča se zaporedja, kot so kratki razpršeni jedrni elementi (SINE), ki se nahajajo v intronskih regijah. Zaradi komplementarnosti med njimi se RNA upogne v zanko, kar vodi do tvorbe krožne molekule.
Poleg cis-regulatornih elementov pri tvorbi circRNA sodelujejo tudi trans-regulatorni elementi, kot so RNA-vezavni proteini (RBP). Ti se vežejo na specifična zaporedja znotraj intronov ter prispevajo k prostorski organizaciji pre-mRNA, ki je potrebna za učinkovito izvedbo backsplicinga in tvorbo krožne RNA. Pri sesalcih je znan primer takega proteina QKI, ki se veže na specifična zaporedja (QRE) pred in za eksoni, tvori dimere ter spodbuja nastanek circRNA. V rastlini Arabidopsis thaliana so identificirali pet proteinov s KH-domensko zgradbo, ki so homologni QKI in vsebujejo tako RNA-vezavne kot dimerizacijske domene, kar nakazuje na podobno vlogo pri uravnavanju krožnih RNA.[1][2]
Funkcije krožne RNA
R-zanke so strukture RNA:DNA hibridov, ki nastajajo predvsem v GC-bogatih regijah in imajo pomembno regulacijsko vlogo. Lahko upočasnijo transkripcijo z vplivom na RNA polimerazo II in transkripcijske regulacijske faktorje, usmerjajo spajanje pre-mRNA v alternativne izooblike ter preprečujejo metilacijo določenih delov DNA, s čimer ščitijo pred transkripcijskem utišanjem. Prav tako so lahko povezane s pojavljanjem prelomov v DNA in s spremembami v organizaciji kromatina.[1]
miRNA spužva
Nekatere circRNA vsebujejo specifična zaporedja, znana kot miRNA odzivni elementi (MRE - microRNA response elements), ki so komplementarna določenim mikroRNA. Ko se mikroRNA veže na ta element, se ne more več vezati na svojo ciljno mRNA, kar prepreči njeno inhibicijo in omogoči večje izražanje te mRNA. Na primer, ath-circ032768 iz Arabidopsisa ima več MRE za miR472, ki sicer cilja na mRNA receptorja RPS5, pomembnega za imunski odziv. Ob stresu zaradi suše se izražanje circRNA in RPS5 poveča, miR472 pa se zmanjša. To izboljša odpornost na sušo in poveča izražanje stresno odzivnih genov, kot so RD29A in RD29B.[1][2]
Interakcije s proteini
Pri Arabidopsis thaliana so določene zunajcelične krožne RNA (circRNA) označene z metiladenozinskimi (m⁶A) modifikacijami, ki služijo kot signalne oznake za prepoznavanje s specifičnimi proteini. Med temi so m⁶A-vezavni protein GRP7 ter protein ARGONAUTE2 (AGO2), ki ima ključno vlogo v regulaciji z majhnimi RNA. Prisotnost m⁶A modifikacij omogoča vezavo circRNA na omenjene proteine, kar prispeva k njihovi stabilnosti, saj jo zaščitijo pred razgradnjo z encimi ali usmerijo v izločanje iz celice v apoplast.[1]
