MiRNA v bolezenskih stanjih

Biogeneza

Mikro RNA (miRNA) so nekodirajoče ribonukleinske kisline, ki post-transkripcijsko regulirajo ekspresijo genov pri evkariontih. V človeku jih poznamo približno 1900 vrst, prvič pa so bile odkrite šele pred približno tridesetimi leti. V povprečju so miRNA dolge 22 nukleotidov, interagirajo pa v glavnem s specifičnimi sekvencami v 3' neprevajajoči regiji (3' UTR) v mRNA molekulah, katerim preprečijo nadaljnjo prevajanje v proteine. Mikro RNA so ključne za normalno delovanje organizmov, zato ne preseneča, da so pogosto implicirane pri različnih bolezenskih stanjih. Večinoma se nahajajo v notranjosti celice, ker pa so občasno uporabljene za komunikacijo med celicami, jih lahko najdemo tudi v krvnem serumu. Zaradi tega lahko služijo kot zelo dobri bio-označevalci pri diagnozi določenih bolezni. Najprej pa malo o biogenezi miRNA, ki se deli na kanonično in nekanonično. Kanonična se začne tako, da gen za miRNA prepiše RNA polimeraza II v primarni transkript, imenovan pri-miRNA. Taki geni so lahko monocistronski (samostojni), policistronski (skupek miRNA) ali pa intronski, torej skriti znotraj protein kodirajočih genov. Nastale pri-miRNA so dolge nekaj sto nukleotidov in imajo v sredini značilno obliko z lasnične zanke. To zanko nato prepozna jederni protein DGCR8, med drugim s pomočjo motiva GGAC z metiliranim adeninom, ta pa primarni transkript miRNA privede do jedrne eksoribonukleaze imenovane Drosha. Ta encim asimetrično odreže vse odvečne nukleotide, ki niso del lasnične zanke, tako da njen 3' konec dobi dva štrleča nesparjena nukleotida. Nastala zanka je prekurzor zrele miRNA, zato dobi ime pre-miRNA in je s pomočjo kompleksa eksportina 5 in Ran-GTP transportirana v citosol za dokončno procesiranje. To omogoča citosolna endoribonukleaza Dicer, ki odstrani zanko in s tem naredi dupleks dveh komplementarnih ali skoraj komplementarnih miRNA verig (to sta 5p iz 5' konca pre-miRNA in 3p iz 3' konca pre-miRNA). Zdaj je samo še en korak do nastanka končnega kompleksa za utišanje genov imenovanega RISC (RNA induced silencing complex). Dupleks miRNA mora srečati protein AGO2 iz družine argonavtnih proteinov, ki se poveže z eno (vodilno) verigo miRNA, drugo (potniško) pa odvrže. Katero izmed obeh izbere za vodilno je odvisno od stabilnosti njunih 5' koncev, in sicer vzame tisto z manj stabilnim, saj se najprej veže na njeno fosfatno skupino. Ena veriga miRNA vezana na AGO2 protein je zdaj najbolj osnoven RISC kompleks, ki pa ima po navadi zraven še številne druge proteine. Nekanonična biogeneza izpusti enega ali več izmed korakov kanonične, predvsem Drosha ali Dicer kompleksa. Prvega lahko preskočijo molekule RNA, ki so že podobne Dicer substratom. Primer takih so t.i. mirtroni, torej miRNA iz intronov drugega gena, ki po obdelavi s spliceosomom in debranching encimom že dobijo obliko lasnične zanke in lahko s pomočjo eksportina 1 izstopijo iz jedra ter reagirajo z Dicerjem. V primerjavi s tem pa lahko korak rezanja z Dicer kompleksom preskočijo miRNA molekule, ki so prekratke, da bi reagirale z njim. Te po obdelavi v jedru lahko v obliki pre-miRNA kar direktno vstopijo v AGO2, kjer s pomočjo dodatnih ribonukleaz do konca dozorijo. Zadnja stvar, ki jo moramo povedati preden se osredotočimo na bolezni, je še mehanizem delovanja miRNA. Ko je enkrat povezana v kompleks RISC s proteinom AGO2, se lahko veže na določene regije na mRNA imenovane MRE (odzivne elemente za miRNA), ki se po navadi nahajajo za kodirajočo regijo, včasih pa tudi v njej. Kaj se zgodi naslednje je odvisno od stopnje komplementarnosti med miRNA in MRE. Če je ta popolna je dvojna vijačnica RNA dovolj trdna in stabilna, da lahko AGO2 direktno prereže mRNA in s tem sproži njegovo hitro razgradnjo s pomočjo različnih citosolnih eksonukleaz. Pogosto v živalskih celicah pa komplementacija ni popolna in je večinoma omejena na 7 prepoznavnih nukleotidov na 5' koncu miRNA. Ker AGO2 tu ne more direktno rezati se takrat translacija blokira na drugačen način, in sicer s pomožnimi proteini v kompleksu RISC. Ti lahko recimo preprečijo vezavo ribosomskih iniciacijskih faktorjev, ali pa skrajšujejo zaščitni poliA rep na mRNA ter mu odstranijo 5' kapico. Pri tem je pomemben povezovalni protein GW182, ki nase veže deadenilacijska kompleksa PAN2/3 in CCR4-NOT ter DCP2 (decapping protein). To skupaj povzroči destabilizacijo mRNA molekule in posledično njeno razgradnjo, kar efektivno utiša gen, ki jo kodira.