РНҚ өңдеуі: молекулалық процесс және түрлері

Кіріспе

Молекулалық процесс

РНК редакциялау (РНК модификациясы) – кейбір жасушалардың РНК полимераза арқылы жасалғаннан кейін РНК молекуласының ішіндегі белгілі бір нуклеотидтік тізбектерге дискретті өзгерістер енгізуге мүмкіндік беретін молекулалық процесс. Бұл процесс барлық тірі организмдерде кездеседі және РНК-ның эволюциялық тұрғыдан ең сақталған қасиеттерінің бірі болып табылады. РНК редакциялауға РНК молекуласындағы нуклеотидтерді қосу, жою және базалық алмастыру кіруі мүмкін. РНК редакциялау салыстырмалы түрде сирек кездеседі, ал РНК өңдеудің кең таралған түрлері (мысалы, сплайсинг, 5' каппинг және 3' полиаденилизация) әдетте редакциялау ретінде қарастырылмайды. Ол РНК-ның белсенділігіне, локализациясына және тұрақтылығына әсер ете алады және адам ауруларымен байланысты. РНК редакциялау эукариоттардың, олардың вирустарының, археялардың және прокариоттардың кейбір тРНК, рРНК, мРНК немесе миРНК молекулаларында байқалған. РНК редакциялау жасуша ядросында, сондай-ақ митохондриялар мен пластидтерде жүреді. Омыртқалы жануарларда редакциялау сирек кездеседі және әдетте зардап шеккен молекулалардың тізбегіне енгізілетін шағын өзгерістерден тұрады. Басқа организмдерде, мысалы, калмарларда, кең ауқымды редакциялау (пан-редакциялау) жүруі мүмкін; кейбір жағдайларда мРНК тізбегіндегі нуклеотидтердің көп бөлігі редакциялау нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Қазірге дейін 160-тан астам РНК модификациясының түрлері сипатталған. РНК редакциялау процестері жоғары молекулалық әртүрлілікті көрсетеді, ал кейбіреулері эволюциялық жағынан жақында пайда болған және тәуелсіз түрде туындаған қасиеттер болып көрінеді. РНК редакциялау құбылыстарының әртүрлілігіне цитидиннің (С) уридинге (U) және аденозиннің (A) инозинге (I) деаминациясы сияқты нуклеобазалық модификациялар, сондай-ақ шаблондық емес нуклеотидтерді қосу және енгізу кіреді. РНК-ның мРНК-дағы редакциялауы кодталған белоктың аминқышқылдық тізбегін тиімді түрде өзгертеді, нәтижесінде ол геномдық ДНК тізбегімен күтілгеннен өзгеше болады.

Келесі буынды секвенирлеу

РНК молекулаларының әртүрлі транскрипциядан кейінгі модификацияларын анықтау және келесі буын РНК секвенирлеу арқылы РНК модификацияларының транскриптомдық кең пейзажын анықтау мақсатымен, соңғы кезде көптеген зерттеулер дәстүрлі немесе арнайы секвенирлеу әдістерін жасады (m6A seq, PA m5C seq, метилирлеу iCLIP, m6A CLIP, Pseudo seq, Ψ seq, CeU seq, Aza IP және RiboMeth seq). Бұл әдістердің көпшілігі белгілі бір модификацияны қамтитын РНК түрлерін нақты ұстауға негізделген, мысалы, антидене байланысуы арқылы және ұсталған оқылымдардың секвенирленуі. Секвенирлеуден кейін бұл оқылымдар олардың қайдан шыққандығын анықтау үшін бүкіл транскриптоммен салыстырылады. Әдетте, осы тәсілмен модификациялардың орналасқан жерін, сондай-ақ болашақта анықтауға және картаға түсіруге көмектесетін кейбір консенсустық тізбектерді анықтауға болады. Мамандандырылған әдістердің бір мысалы – PA m5C seq. Бұл әдіс бастапқы нысана N6 метиладенозиннің орнына mRNA-дағы m5C модификацияларын анықтау үшін PA m6A seq әдісінен дамытылды. Әртүрлі модификацияларды нысана ретінде қарапайым түрде алмастыру, m6A спецификалық антиденені m5C спецификалық антиденеге ауыстыру арқылы жүзеге асырылады. Көбінесе модификациялар берілген нуклеозидтің массасын арттырады, бұл нуклеозид пен модификацияланған түрінің ерекше белгісін береді.

РНК хабаршысының модификациясы

Соңғы уақытта функционалдық тәжірибелер РНК модификацияларының көптеген жаңа функционалдық рөлдерін ашты. РНК-ның көптеген модификациялары трансферлік РНК және рибосомалық РНК-да табылады, бірақ эукариоттық мРНК-ның да түрлі модификацияларға ұшырағаны көрсетілді. мРНК-да 17 табиғи модификация анықталды, олардың ішінде N6 метиладенозин ең көп және жақсы зерттелген. мРНК модификациялары жасушадағы көптеген функциялармен байланысты. Олар мРНК-ның дұрыс пісіп жетілуін және жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, сонымен қатар жасушаның иммундық жүйесінің бір бөлігі болып табылады. 2’O метилирленген нуклеотидтер сияқты кейбір модификациялар жасушаның өз мРНК-сын сыртқы РНК-дан ажырата алу қабілетімен байланысты. Мысалы, m6A белок синтезі мен орналасуына әсер етеді деп болжанады, ал альтернативті полиА таңдауындағы псевдоуридиляция in vitro және in vivo жағдайында синтезді тоқтатуды басады, бұл РНК модификациясы генетикалық кодты кеңейтудің жаңа жолын ұсына алады. 5 метилцитозин ядродан цитоплазмаға мРНК тасымалдануымен және синтезді күшейтумен байланысты. m5C-нің бұл функциялары толыққанды белгілі және дәлелденбеген, бірақ жасушадағы осы функцияларға қатысты мықты дәлел – m5C-нің синтез басталу орнына орналасуы. Маңыздысы, көптеген модификация ферменттері түрлі ауруларда дезрегуляцияланып, генетикалық мутацияға ұшырайды, соның ішінде туа біткен дискератоз. тРНК және рРНК сияқты басқа РНК түрлерінен анықталған модификациялармен салыстырғанда, мРНК-да анықталған модификациялардың саны өте аз. мРНК модификацияларының жақсы зерттелмеуінің басты себебі – зерттеу техникаларының жетіспеуі. Анықталған модификациялардың аздығынан басқа, басқа РНК түрлерімен байланысты белоктар туралы білім де кем. Модификациялар РНК молекуласымен ферменттердің өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады. Осы себептерге байланысты соңғы он жылда осы модификацияларды және олардың функцияларын зерттеуге үлкен қызығушылық туды. тРНК-дағы модификациялар құрылымдық қолдау, антикодон-кодон өзара әрекеттесуі және ферменттермен өзара әрекеттесу арқылы синтез тиімділігін сақтауда маңызды рөл атқарады. Антикодон модификациялары мРНК-ны дұрыс кодтау үшін маңызды. Генетикалық кодтың дегенеративті болуына байланысты, мРНК-ны дұрыс кодтау үшін антикодон модификациялары қажет. Әсіресе, антикодонның тербеліс позициясы кодонның қалай оқылатынын анықтайды. Мысалы, эукариоттарда антикодонның 34-орындағы аденозин инозинге айналуы мүмкін. Инозин – цитозин, аденин және уридинмен жұптаса алатын модификация. тРНК-да жиі модификацияланатын тағы бір негіз – антикодонға жақын орналасқан позиция. 37-позиция көбінесе көлемді химиялық модификациялармен гипермодификацияланады. Бұл модификациялар фреймдік ауыстыруды болдырмайды және үйісу арқылы антикодон-кодон байланысының тұрақтылығын арттырады. рРНК-дағы химиялық модификациялар рибоза қанттарының метилирленуінен, уридиндердің изомеризациялануынан, жеке негіздердің метилирленуінен және ацетилирленуінен тұрады.

Recently, functional experiments have revealed many novel functional roles of RNA modifications. Most of the RNA modifications are found on transfer RNA and ribosomal RNA, but also eukaryotic mRNA has been shown to be modified with multiple different modifications. 17 naturally occurring modifications on mRNA have been identified, from which the N6 methyladenosine is the most abundant and studied. mRNA modifications are linked to many functions in the cell. They ensure the correct maturation and function of the mRNA, but also at the same time act as part of cell's immune system. Certain modifications like 2’O methylated nucleotides has been associated with cells ability to distinguish own mRNA from foreign RNA. For example, m6A has been predicted to affect protein translation and localization, alternative polyA choice Pseudouridylation of nonsense codons suppresses translation termination both in vitro and in vivo, suggesting that RNA modification may provide a new way to expand the genetic code. 5 methylcytosine on the other hand has been associated with mRNA transport from the nucleus to the cytoplasm and enhancement of translation. These functions of m5C are not fully known and proven but one strong argument towards these functions in the cell is the observed localization of m5C to translation initiation site. Importantly, many modification enzymes are dysregulated and genetically mutated in many disease types. and dyskeratosis congenital. Compared to the modifications identified from other RNA species like tRNA and rRNA, the amount of identified modifications on mRNA is very small. One of the biggest reasons why mRNA modifications are not so well known is missing research techniques. In addition to the lack of identified modifications, the knowledge of associated proteins is also behind other RNA species. Modifications are results of specific enzyme interactions with the RNA molecule. For these reasons there has been during the past decade huge interest in studying these modifications and their function. Modifications in tRNA play crucial roles in maintaining translation efficiency through supporting structure, anticodon codon interactions, and interactions with enzymes. Anticodon modifications are important for proper decoding of mRNA. Since the genetic code is degenerate, anticodon modifications are necessary to properly decode mRNA. Particularly, the wobble position of the anticodon determines how the codons are read. For example, in eukaryotes an adenosine at position 34 of the anticodon can be converted to inosine. Inosine is a modification that is able to base pair with cytosine, adenine, and uridine. Another commonly modified base in tRNA is the position adjacent to the anticodon. Position 37 is often hypermodified with bulky chemical modifications. These modifications prevent frameshifting and increase anticodon codon binding stability through stacking interactions. Chemical modification in rRNA consists of methylation of ribose sugars, isomerization of uridines, and methylation and acetylation of individual bases.

Метилирлеу

РРНК метилирлеуі негіз жұптарының үйілуін тоқтату арқылы құрылымдық беріктікті сақтайды және гидролизді тоқтату үшін 2’ OH тобын қоршап алады. Ол эукариоттық РРНК-ның белгілі бір бөліктерінде жүзеге асады. Метилирлеуге арналған матрица 10-21 нуклеотидтен тұрады. Метилирлеуді негізінен кішкентай ядролық РНК енгізеді, олар snoRNP деп аталады. Метилирлеу орындарын анықтайтын екі класс snoRNP бар, олар C/D және H/ACA бокстары деп аталады. H/ACA бокстағы snoRNP-лер шамамен 14-15 нуклеотидті құрайтын бағыттаушы тізбектерді енгізеді. Бұл гендегі көптеген сайттарды қамтуы мүмкін болғандықтан, кейде оны бір немесе бірнеше сайттардың тақырыптық өңдеуінен ажырату үшін "жалпы өңдеу" деп атайды. Жалпы өңдеу, өңделмеген бастапқы транскрипттің бағыттаушы РНК (gРНК) -мен негіздік жұптасуынан басталады, ол енгізу/жою нүктелерінің айналасындағы аймақтарға толықтыратын тізбектерді қамтиды. Жаңа пайда болған екі тізбекті аймақ редакциялауды катализдейтін үлкен көп протеинді кешен – эдитосомамен қоршалады. Эдитосома бірінші сәйкес келмейтін нуклеотидте транскриптті ашып, уридиндерді енгізе бастайды. Енгізілген уридиндер бағыттаушы РНК-мен негіздік жұптасады, ал енгізу бағыттаушы РНК-да A немесе G бар болғанша жалғасады және C немесе U кездескенде тоқтатылады. Енгізілген нуклеотидтер орын ауысқан фреймге (frameshift) әкеледі, нәтижесінде генінен өзгеше трансляцияланған белок пайда болады. Эдитосоманың механизмі бағыттаушы РНК мен өңделмеген транскрипт арасындағы сәйкессіздік нүктесінде эндонуклеолитикалық кесуді қамтиды. Келесі қадамды кешендегі ферменттердің бірі – терминалдық U трансфераза катализдейді, ол UTP-ден Us-ті мРНК-ның 3’ ұшына қосады. Ашық ұштарын кешендегі басқа белоктар ұстап тұрады. Басқа фермент – U-спецификалық экзорибонуклеаза жұптаспаған Us-ті алып тастайды. Өңдеу gРНК-ға толықтыратын мРНК жасағаннан кейін, РНК лигазасы өңделген мРНК транскриптінің ұштарын қайта біріктіреді. Осының салдарынан, эдитосома тек бастапқы РНК транскрипті бойынша 3’-тен 5’-ке қарай өңдей алады. Комплекс бір уақытта тек бір бағыттаушы РНК-ға ғана әсер ете алады. Сондықтан, кең өңдеуді қажет ететін РНК транскриптіне бірнеше бағыттаушы РНК және эдитосома кешені қажет болады.

Methylation of rRNA upholds structural rigidity by blocking base pair stacking and surrounds the 2’ OH group to block hydrolysis. It occurs at specific parts of eukaryotic rRNA. The template for methylation consists of 10 21 nucleotides. Methylation is primarily introduced by small nucleolar RNA's, referred to as snoRNPs. There are two classes of snoRNPs that target methylation sites, and they are referred to box C/D and box H/ACA. The H/ACA box snoRNPs introduce guide sequences that are about 14 15 nucleotides long. Because this may involve a large fraction of the sites in a gene, it is sometimes called "pan editing" to distinguish it from topical editing of one or a few sites. Pan editing starts with the base pairing of the unedited primary transcript with a guide RNA (gRNA), which contains complementary sequences to the regions around the insertion/deletion points. The newly formed double stranded region is then enveloped by an editosome, a large multi protein complex that catalyzes the editing. The editosome opens the transcript at the first mismatched nucleotide and starts inserting uridines. The inserted uridines will base pair with the guide RNA, and insertion will continue as long as A or G is present in the guide RNA and will stop when a C or U is encountered. The inserted nucleotides cause a frameshift, and result in a translated protein that differs from its gene. The mechanism of the editosome involves an endonucleolytic cut at the mismatch point between the guide RNA and the unedited transcript. The next step is catalyzed by one of the enzymes in the complex, a terminal U transferase, which adds Us from UTP at the 3' end of the mRNA. The opened ends are held in place by other proteins in the complex. Another enzyme, a U specific exoribonuclease, removes the unpaired Us. After editing has made mRNA complementary to gRNA, an RNA ligase rejoins the ends of the edited mRNA transcript. As a consequence, the editosome can edit only in a 3' to 5' direction along the primary RNA transcript. The complex can act on only a single guide RNA at a time. Therefore, a RNA transcript requiring extensive editing will need more than one guide RNA and editosome complex.

C-to-U өңдеуі

Редакция цитидин деаминазасын қамтиды, ол цитидин негізін уридин негізіне деаминациялайды. C-ден U-ге редакциялаудың мысалы – адам аполипопротеин B генінде кездеседі. Apo B100 бауырда, ал apo B48 ішекте экспрессенеді. Ішекте мРНК-дағы CAA тізбегі UAA тоқтау кодонына редакцияланады, осылайша қысқа B48 формасы түзіледі. C-ден U-ге редакциялау гүлді өсімдіктердің митохондриялық РНК-сында жиі болады. Әртүрлі өсімдіктерде C-ден U-ге редакциялау деңгейі әртүрлі; мысалы, Funaria hygrometrica мохының митохондриясында сегіз редакциялау оқиғасы орын алады, ал Isoetes engelmanii ликофитінде 1700-ден астам редакциялау оқиғасы болады. C-ден U-ге редакциялау пентратопептидтік қайталау (PPR) ақуыздар тобының мүшелері арқылы жүзеге асырылады. Ангиоспермдерде кең PPR отбасылары бар, олар консенсус тізбегі жоқ cis элементтер үшін транс-факторлар ретінде әрекет етеді; Arabidopsis-тің PPR отбасында 450-ге жуық мүше бар. Пластидтер мен митохондрияларда PPR ақуыздары бірнеше рет анықталды.

А-дан-І-ге өңдеу

Аденозиннен инозинге (А-І) өзгерістер РНК-дағы барлық өңдеу оқиғаларының шамамен 90%-ын құрайды. Аденозиннің деаминациясын екі тізбекті РНК-ға тән аденозин деаминазасы (ADAR) катализдейді, ол көбінесе пре-мРНК-ға әсер етеді. Аденозиннің инозинге деаминациялануы қос тізбекті РНК негіздерінің жұптасуын бұзады және тұрақсыздандырады, осылайша бұл қос тізбекті РНК-ның siRNA өндіру қабілетін төмендетеді, бұл РНКi жолына кедергі келтіреді. Дәрменді негіздердің жұптасуы деаминирленген РНК-ның ерекше, бірақ өзгеше құрылымға ие болуына себеп болады, бұл РНК трансляциясының басталу кезеңінің тежелуімен байланысты болуы мүмкін. Зерттеулер көрсеткендей, I РНК (I-U негіз жұптарының көп қайталануы бар РНК) гетерохроматин құралуына қатысатын метилазаларды тартады және бұл химиялық өзгеріс миРНК нысаналық орындарына күшті әсер етеді. А-І өзгерістерінің маңыздылығы және олардың эпитранскриптомиканың жаңа тұжырымындағы мақсаты зерттелуде, онда РНК-ның функциясын өзгертетін өзгерістер енгізіледі. мРНК-дағы А-І өзгерісінің ұзақ жылдар бойы белгілі салдары – I-ді G ретінде қабылдау, осылайша функционалды А-G алмасуына әкеледі, мысалы, рибосомалардың генетикалық кодты түсіндіруі кезінде. Алайда, жаңа зерттеулер бұл байланысты әлсіретіп, инозиндердің рибосомалармен (бірақ аз дәрежеде) аденозин немесе урацил ретінде де кодталуын көрсетті. Сонымен қатар, I-ге бай мРНК-да рибосомалардың тоқтауына себеп болатыны анықталды. Соңғы жылдары жоғары өтімді секвенирлеудің дамуы РНК-ның әртүрлі модификациялары мен өңдеулеріне арналған кең ауқымды деректер базасын құруға мүмкіндік берді. 2013 жылы RADAR (A-ден I-ге РНК өңдеудің мұқият аннотацияланған деректер базасы) адамдарда, егеуқұйрықтарда және шыбындарда A-ден I сайттарының және тіндік ерекшеліктерінің кең ауқымын тіркеу үшін жасалды. Деректер базасына жаңа сайттар мен жалпы өңдеулерді қосу жалғасуда. Нақты өңдеу орындарындағы, мысалы, филамин А транскриптіндегі өңдеу деңгейі тіндік ерекшеліктерге ие. мРНК-ның бірігу тиімділігі А-ден I РНК өңдеу деңгейін бақылайтын маңызды фактор болып табылады. Қызығы, ADAR1 және ADAR2 А-І өңдеу қабілеті және қос тізбекті РНК-ға байланысу қабілеті арқылы альтернативті бірігуге де әсер етеді.

Adenosine to inosine (A to I) modifications contribute to nearly 90% of all editing events in RNA. The deamination of adenosine is catalyzed by the double stranded RNA specific adenosine deaminase (ADAR), which typically acts on pre mRNAs. The deamination of adenosine to inosine disrupts and destabilizes the dsRNA base pairing, therefore rendering that particular dsRNA less able to produce siRNA, which interferes with the RNAi pathway. The wobble base pairing causes deaminated RNA to have a unique but different structure, which may be related to the inhibition of the initiation step of RNA translation. Studies have shown that I RNA (RNA with many repeats of the I U base pair) recruits methylases that are involved in the formation of heterochromatin and that this chemical modification heavily interferes with miRNA target sites. There is active research into the importance of A to I modifications and their purpose in the novel concept of epitranscriptomics, in which modifications are made to RNA that alter their function. A long established consequence of A to I in mRNA is the interpretation of I as a G, therefore leading to functional A to G substitution, e. g. in the interpretation of the genetic code by ribosomes. Newer studies, however, have weakened this correlation by showing that inosines can also be decoded by the ribosome (although in a lesser extent) as adenosines or uracils. Furthermore, it was shown that I's lead to the stalling of ribosomes on the I rich mRNA. The development of high throughput sequencing in recent years has allowed for the development of extensive databases for different modifications and edits of RNA. RADAR (Rigorously Annotated Database of A to I RNA editing) was developed in 2013 to catalog the vast variety of A to I sites and tissue specific levels present in humans, mice, and flies. The addition of novel sites and overall edits to the database are ongoing. The level of editing for specific editing sites, e. g. in the filamin A transcript, is tissue specific. The efficiency of mRNA splicing is a major factor controlling the level of A to I RNA editing. Interestingly, ADAR1 and ADAR2 also affect alternative splicing via both A to I editing ability and dsRNA binding ability.

МРНК-ны өңдеудің баламалы әдістері

WT1 (Вильмс ісігі 1) транскрипттерінде U-C mRNA өзгеруі алғаш рет хабарланды, ал классикалық емес G-A mRNA өзгерістері қатерлі және қалыпты колоректаль үлгілерінде HNRNPK (гетерогенді ядролық рибонуклеопротеин K) транскрипттерінде алғаш рет байқалды. Бұл соңғы өзгерістер кейіннен ми жасушаларының TPH2 (триптофан гидроксилаза 2) транскрипттерінде классикалық емес U-C өзгерістерімен бірге анықталды. U-дан C-ға өзгерулердің ең қарапайым түсіндірмесі кері аминация болғанымен, митохондриялық транскрипттердегі өсімдіктердегі U-дан C-ға өңдеу оқиғалары үшін трансаминация және трансгликозиляция механизмдері ұсынылған. Жақында жасалған зерттеуде WT1 транскрипттерінде екі ыстық нүктеде жаңа G-ден A-ға дейінгі mRNA өзгерістері анықталды, соның нәтижесінде APOBEC3A (аполипопротеин B mRNA өңдеу ферменті, каталитикалық полипептид 3A) осы баламалы mRNA өңдеу класына қатысты фермент ретінде ұсынылды. Сондай-ақ, баламалы mRNA өзгерістерінің каноникалық WT1 сплайсингтік варианттарымен байланысты екені көрсетілді, бұл олардың функционалдық маңыздылығын көрсетеді.

Өсімдік митохондриялары мен пластидтеріндегі РНК редакциялау

Бұрынғы зерттеулерде өсімдіктердің митохондриялары мен пластидтерінде РНК-ның өңделуінің жалғыз түрлері С-ті U-ға және U-ды С-ге (өте сирек) түрлендіру екені көрсетілген. РНК-ны өңдеу орындары негізінен мРНК-ның кодтау аймақтарында, интрондарда және басқа да трансляцияланбаған аймақтарда кездеседі. Эдитосоманы құрайтын барлық ақуыздардың сәйкестігі мен құрылымы әлі анықталмаған. PPR экспансивті ақуыздар тобының мүшелері РНК тізбектерін тануда трансактивитік факторлар ретінде қызмет ететіндігі дәлелденді. Бірнеше орындарда дұрыс өңдеу үшін MORF (Multiple Organellar RNA editing Factor) отбасының белгілі бір мүшелері қажет. Осы MORF ақуыздарының кейбіреулері PPR отбасы мүшелерімен өзара әрекеттесетіндігі дәлелденгендіктен, MORF ақуыздары эдитосома кешенінің құрамдас бөліктері болуы мүмкін. РНК транскриптісінің транс- немесе деаминациясына жауапты фермент әлі де табылмаған, бірақ PPR ақуыздары да осы функцияны атқара алады деп болжанады. РНК-ны өңдеу өсімдіктің қалыпты трансляция және тыныс алу қызметі үшін маңызды. Өңдеу тРНК-ның қажетті негіздік жұптасу тізбектерін қалпына келтіріп, оның функционалдығын жаңарта алады. Сондай-ақ, ол тыныс алу жолының полипептидтік кешендеріне енгізілген РНК өңделген ақуыздардың өндірісімен байланысты. Сондықтан, өңделмеген РНК-дан синтезделген полипептидтер дұрыс жұмыс істемей, митохондриялар мен пластидтердің қызметіне кедергі келтіруі мүмкін. С-ден U-ға РНК өңдеу бастау және тоқтату кодондарын жасай алады, бірақ ол бар болатын бастау және тоқтату кодондарын жоя алмайды. АСГ кодоны АУГ кодоны болып өңделгенде, жасырын бастау кодоны пайда болады.

Вирустардағы РНК өңдеу

Вирустар (мысалы, қызылша, сіреспе немесе парагрипп), әсіресе РНК геномды вирустар, жаңа қонақ клетканы басып алғанда РНК модификацияларын түрлі жолдармен пайдалануға қабілетті болғандықтары көрсетілді. Вирустардың РНК модификацияларын иммундық қашудан бастап, ақуыз трансляциясын жақсартуға дейінгі инфекциялық циклдің әртүрлі кезеңдерінде қолданатыны мәлім. Вирустық РНК вируспен кодталған РНК-ға тәуелді РНК полимераза арқылы транскрипцияланады, ол белгілі бір нуклеотидтік комбинацияларда тоқтауға және "үзелуге" бейім. Сонымен қатар, полимераза жаңа түзілген мРНК-ның 3' ұшына бірнеше жүздей шаблонсыз А әрпін қосады. Бұл А әрпі мРНК-ны тұрақтандыруға көмектеседі. Бұдан әрі, РНК полимеразаның тоқтауы мен үзелуі трансляциялық кодонға дейін бір немесе екі G немесе А әрпін енгізуге мүмкіндік береді. ZIKV мРНК-ның N6 метиладенозин модификациясы вирус репликациясын тежейтіні анықталды.

РНК редакциялаудың пайда болуы мен дамуы

Жануарларда кездесетін РНК өңдеу жүйесі мононуклеотид деаминазаларынан пайда болған болуы мүмкін, осының нәтижесінде apobec 1 және adar гендерін қамтитын үлкен гендік отбасылар қалыптасқан. Бұл гендер нуклеотид метаболизміне қатысатын бактериялық деаминазалармен тығыз байланысты. E. coli аденозин деаминазасы РНК-дағы нуклеозидті деаминациялай алмайды, себебі ферменттің реакциялық қуысы РНК тізбегімен байланысу үшін тым кішкентай. Дегенмен, бұл белсенді орын адам аналогтары APOBEC1 және ADAR гендеріндегі аминқышқылдарының өзгеруі арқасында кеңейеді, деаминацияға мүмкіндік береді. Трипаносома митохондриясындағы gRNA-мен қатысатын толық өңдеу, U қалдықтарын үлгі бойынша енгізуді қамтиды, бұл мүлдем басқа биохимиялық реакция. Басқа зерттеулерде бұл ферменттер әртүрлі көздерден алынып, бейімделгені көрсетілді. Бірақ gRNA мен мРН арасындағы өзара әрекеттесу арқылы нуклеотидтерді енгізудің ерекшелігі жануарлар мен Acanthamoeba митохондриясындағы тРН өңдеу процестеріне ұқсас. РРНҚ-ның еукариоттық рибоза метилирленуі – бұл РНҚ жетекші молекулалары арқылы жүзеге асырылатын ұқсас модификация түрі. Осылайша, РНК өңдеу бірнеше рет дамыған. Өңдеудің бірнеше адаптивтік себептері ұсынылған. Өңдеу көбінесе ген тізбектеріндегі кемшіліктерді жоюға немесе түзетуге арналған механизм ретінде сипатталады. Алайда, gRNA-мен қатысатын өңдеу жағдайында, бұл түсіндіру мүмкін емес сияқты, себебі егер кемшілік бірінші болып пайда болса, қатесіз gRNA кодтау аймағын жасаудың жолы болмайды, ал ол, болжам бойынша, бастапқы ген аймағының көшірмесінен пайда болады. Бұл жүйенің эволюциялық тегі үшін ықтимал балама – конструктивті бейтарап эволюция, онда қадамдардың реті кері болады, яғни «кемшілікке» дейін өңдеуге қабілеттілік пайда болады.

Терапиялық мРНК өңдеу

Мутацияланған тізбектерді түзетуге бағытталған өңдеулер алғаш рет 1995 жылы ұсынылып, көрсетілді. Бұл алғашқы жұмыста дистрофин тізбегіндегі ерте тоқтау кодонының мутациясын толықтыратын синтетикалық РНК антисенс олигонуклеотидтері қолданылды, бұл модельдік ксенопус жасушалық жүйесінде тоқтау кодонының А-дан І-ге өңделуін және оқуға болатын кодонға айналуын қамтамасыз етті. Соңғы кезде CRISPR-Cas13 деаминазалармен біріктіріліп, mRNA өңдеуін бағыттау үшін қолданылуда. 2022 жылы Cas7-11 үшін терапиялық РНК өңдеу туралы хабарланды. Ол жеткілікті дәлдікпен кесуді қамтамасыз етеді және оның бастапқы нұсқасы 2021 жылы in vitro өңдеу үшін пайдаланылды.

ДНҚ өңдеумен салыстыру

ДНК-ны өңдеудің тұрақты сипатынан өзгеше, РНК-ны өңдеудің әсері – РНК-дағы мақсаттан тыс болатын мүмкін мутацияларды қоса – уақытша және ұрпаққа берілмейді. Сондықтан РНК өңдеуі қауіпсіз деп есептеледі. Бұдан әрі, ол адам және көптеген басқа эукариоттар жасушаларында бар ADAR ақуызын пайдалану арқылы, денеге сыртқы ақуыз енгізудің орнына, тек жетекші РНК-ны қажет етуі мүмкін.