Кіріспе

Рибосомамен оқылған РНК, молекулалық биологияда хабаршы рибонуклеин қышқылы (mRNA) – геннің генетикалық тізбегіне сәйкес келетін РНК-ның бір тізбекті молекуласы. Оны ақуыз синтезі процесінде рибосома оқиды. mRNA транскрипция процесінде фермент (РНК полимераза) генді бастапқы транскрипт mRNA (сондай-ақ пре-mRNA деп те аталады) күйіне түрлендіреді. Бұл пре-mRNA әдетте әлі де интронтарды қамтиды, яғни соңғы аминқышқылы тізбегін кодтамайтын аймақтар. Бұл интронтар РНК тігілу процесінде алынып тасталады, нәтижесінде тек экзондар қалады, олар ақуызды кодтайтын аймақтар. Бұл экзондық тізбек пісіп жетілген mRNA құрайды. Пісіп жетілген mRNA рибосомамен оқылады, ал рибосома трансферлік РНК (tRNA) арқылы жеткізілген аминқышқылдарды пайдаланып ақуыз жасайды. Бұл процесс аударма деп аталады. Бұл процестердің барлығы молекулалық биологияның орталық догмасының бөлігін құрайды, ол биологиялық жүйедегі генетикалық ақпарат ағынын сипаттайды. ДНҚ-дағы сияқты, mRNA-дағы генетикалық ақпарат нуклеотидтер тізбегінде сақталады, олар әрқайсысы үш рибонуклеотидтен тұратын кодондарға жиналады. Әрбір кодон белгілі бір аминқышқылына кодтайды, протеин синтезін тоқтату үшін сигнал беретін тоқтау кодондарынан басқа. Кодондарды аминқышқылдарға аудару үшін РНК-ның тағы екі түрі қажет: кодонды танитын және сәйкес аминқышқылын жеткізетін трансферлік РНК және рибосомалық РНК (rRNA), рибосоманың ақуыз өндіру механизмінің орталық құрауы. mRNA тұжырымын 1960 жылы Сидней Бреннер мен Фрэнсис Крик Франсуа Якобпен болған әңгіме барысында жасады. 1961 жылы mRNA Бреннер, Якоб және Мэтью Меселсоннан тұратын бір топ, сондай-ақ Джеймс Уотсон басқарған екінші топ тәуелсіз түрде анықтап, сипаттады. Жариялануға дайындалған деректерді талдау кезінде Якоб пен Жак Монод «хабаршы РНК» деген атауды ұсынды.

Синтез

МРНК молекуласының қысқа ғана өмір сүруі транскрипциядан басталып, ыдыраумен аяқталады. Өмірлік циклі барысында МРНК молекуласы трансляцияға дейін өңделуі, түзетуден өтуі және тасымалдануы мүмкін. Эукариоттық МРНК молекулаларына көбінесе кең ауқымды өңдеу және тасымалдау қажет, ал прокариоттық МРНК молекулаларына мұндай қажеттілік болмайды. Эукариоттық МРНК молекуласы және оны қоршаған протеиндердің жиынтығы хабаршы РНП деп аталады.

Жазба көшірмесі

Транскрипция – ДНК-дан РНК-ның көшірмесі жасалатын процесс. Транскрипция кезінде РНК полимераза қажет болған жағдайда ДНК-дан МРНК-ға геннің көшірмесін жасайды. Бұл процесс эукариоттар мен прокариоттарда шамалы өзгешелейді. Бір ерекше айырмашылық – прокариоттық РНК полимераза транскрипция кезінде ДНК-ны өңдейтін ферменттермен байланысады, соның арқасында өңдеу транскрипция барысында жүзеге асырылады. Осы себепті, жаңа МРНК тізбегінің екі жіпті болуына мүмкіндік туады, ол тРНК тізбегі деп аталатын толықтырушы жіптің пайда болуымен іске асырылады, және олар біріксе, негіздер жұптасу арқылы құрылымдарды қалыптастыра алмайды. Сонымен қатар, МРНК үшін үлгі тРНК-ның толықтырушы жіптері болып табылады, олар ДНК байланысатын антикодон тізбегімен сәйкес келеді. Ұзақ өмір сүрмейтін, өңделмеген немесе жартылай өңделген өнім алдынғы МРНК немесе пре-мРНК деп аталады; толық өңделгеннен кейін ол пісіп жетілген МРНК деп аталады.

Тиминді урацилмен ауыстыру

мРНК ДНК-да тимин (Т) орнына урацил (U) пайдаланады. Урацил (U) транскрипция кезінде тимин (Т) емес, аденинге (A) толықтыратын негіз болып табылады. Сондықтан ДНК-ның матрицалық тізбегін пайдаланып РНҚ құрастырылғанда тимин урацилмен алмастырылады. Бұл алмастыру мРНК-ға ДНК-дан рибосомаға аударма үшін қажетті генетикалық ақпаратты жеткізуге мүмкіндік береді. Табиғи тарихқа келсек, урацил тиминге дейін пайда болған; дәлелдер РНК эволюция барысында ДНҚ-дан бұрын пайда болғанын көрсетеді. РНК әлемі гипотезасы өмір РНК молекулаларымен басталғанын, ал ДНҚ геномдары мен кодталған ақуыздар кейін пайда болғанын ұсынады. ДНҚ-да урацилді тиминмен эволюциялық алмастыру ДНҚ тұрақтылығын арттырып, ДНҚ көшіру тиімділігін жақсартқан болуы мүмкін.

Эукариоттық пре-мРНК өңдеу

МРНК өңдеу процестері эукариоттар, бактериялар және археялар арасында күрт өзгешеленеді. Эукариотикалық емес мРНК транскрипция барысында толық пісіп қана қоймай, көбінесе қосымша өңдеуді қажет етпейді. Дегенмен, эукариотикалық пре-мРНК цитоплазмаға жеткізілуі және рибосомада трансляциялануы алдында бірнеше өңдеу кезеңінен өтуі керек.

Тігіс

Еукариоттық пре-мРНҚ-ның жетілген мРНҚ-ға айналуына себеп болатын кең көлемді өңдеу – РНК тігілуі, бұл механизм арқылы интрон немесе аутрон (кодтамайтын аймақтар) алынып тасталып, экзон (кодтайтын аймақтар) біріктіріледі.

5' капканы қосу

5' қапшық (РНК қапшығы, РНК 7 метилгуанозин қапшығы немесе РНК m7G қапшығы деп те аталады) – транскрипция басталғаннан кейін көп ұзамай эукариоттық жарғылық РНК-ның "бас жағына" немесе 5' ұшына қосылған өзгертілген гуанин нуклеотиді. 5' қапшық 5'–5' трифосфат байланысы арқылы бірінші транскрипцияланған нуклеотидке жалғанған 7 метилгуанозин қалдығынан тұрады. Оның болуы рибосомалармен тану үшін және РНКазалардан қорғау үшін маңызды. Қапшық қосылу транскрипциямен байланысты және транскрипция барысында бірге жүреді, сондықтан олар бір-біріне әсер етеді. Транскрипция басталғаннан кейін көп ұзамай, синтезделіп жатқан мРНК-ның 5' ұшы РНК полимеразамен байланысты қапшық түзетін кешенмен байланысады. Бұл ферменттік кешен мРНК-ны қапшықтау үшін қажетті химиялық реакцияларды катализдейді. Синтез көп қадамды биохимиялық реакция ретінде жүзеге асырылады.

Өңдеу

Кейбір жағдайларда мРНК өңделеді, нәтижесінде оның нуклеотидтік құрамы өзгереді. Адамдардағы мысал – аполипопротеин B мРНК, ол кейбір тіндерде, бірақ басқаларында өңделмейді. Бұл өңдеу ерте тоқтату кодонын құрайды, ол трансляция кезінде қысқарақ протеиннің түзілуіне әкеледі.

Полиаденилдену

Полиаденолирлеу – полиаденолил тобының мессенджерлік РНК молекуласына ковалентті байланысуы. Эукариоттық организмдерде көптеген РНК (мРНК) молекулалары 3' ұшында полиаденолирленеді, бірақ соңғы зерттеулер уридиннің қысқа тізбектері (олигуоридиляция) де жиі кездесетінін көрсетті. Поли(А) құйрығы және оған байланысқан белок мРНК-ны экзонуклеазалардың ыдырауынан қорғайды. Полиаденолирлеу транскрипцияны аяқтау, мРНК-ны ядродан экспорттау және трансляция үшін де маңызды. мРНК прокариоттық организмдерде де полиаденолирленуі мүмкін, онда поли(А) құйрықтары экзонуклеолитикалық ыдырауды тежеудің орнына жеңілдетуге көмектеседі. Полиаденолирлеу ДНК-ның РНК-ға транскрипциясы кезінде және/немесе одан кейін дереу жүреді. Транскрипция аяқталғаннан кейін, РНК полимеразамен байланысты эндонуклеаза кешенінің әрекетінен мРНК тізбегі кесіледі. мРНК кесілгеннен кейін, шамамен 250 аденозин қалдығы кесілген жердегі бос 3' ұшына қосылады. Бұл реакцияны полиаденолил полимераза катализдейді. Альтернативті сплайсингтегідей, мРНК-ның бірнеше полиаденолирлеу нұсқалары болуы мүмкін. Полиаденолирлеу орнындағы мутациялар да кездеседі. Геннің бастапқы РНК транскрипті поли-А қосылу орнында кесіліп, РНК-ның 3' ұшына 100–200 А қосылады. Егер бұл орын өзгерсе, қалыптан тыс ұзын және тұрақсыз мРНК құрылымы пайда болады.

Көлік

Эукариоттар мен прокариоттардың тағы бір айырмашылығы – мРНҚ тасымалы. Эукариоттық транскрипция мен трансляция бөлек жайларға орналасқандықтан, эукариоттық мРНҚ ядродан цитоплазмаға экспортталуы керек – бұл процесс әртүрлі сигналдық жолдармен реттелуі мүмкін. Пісіп жеткен мРНҚ өңделген өзгерістері арқылы танылады, содан кейін ядролық тесік арқылы шапка байланыстыратын CBP20 және CBP80 ақуыздарымен, сондай-ақ транскрипция/экспорт кешенімен (TREX) байланысып экспортталады. Эукариоттарда бірнеше мРНҚ экспорттау жолдары анықталған. Ғарыштық құрылысы күрделі жасушаларда кейбір мРНҚ белгілі бір жасуша ішіндегі бағытқа тасымалданады. Пісіп жеткен нейрондарда белгілі бір мРНҚ сомадан дендриттерге тасымалданады. мРНҚ аудармасының бір орны – синапстардың астында іріктеп орналасқан полирибосомалар. Arc/Arg3.1 үшін мРНҚ синапстық белсенділікпен стимуляцияланады және NMDA рецепторлары генерирлейтін сигналдарға негізделген белсенді синапстарға жақын орналасады. Басқа мРНҚ да, мысалы β-актин мРНҚ, сыртқы стимулдарға жауап ретінде дендриттерге жылжуы мүмкін. Ядродан экспорттау үшін актин мРНҚ ZBP1 және кейіннен 40S суббірлігімен байланысады. Кешен моторлы ақуызға байланысады және цитоскелет бойымен мақсатты жерге (нейрит кеңеюі) тасымалданады. Соңында ZBP1 Src-мен фосфорилирленеді, осылайша аударма процесі басталады. Дамып келе жатқан нейрондарда мРНҚ өсіп келе жатқан аксондарға, әсіресе өсу конусына да тасымалданады. Көптеген мРНҚ белгілі бір жерге тасымалдауды анықтайтын, «почталық кодтар» деп аталатын белгілермен таңбаланады. мРНҚ сүтқоректілер жасушалары арасында туннельдік нанотүтіктер деп аталатын құрылымдар арқылы да тасымалдануы мүмкін.

Аударма

Прокариоттық мРНҚ өңдеуге немесе тасымалдануға қажеттілік сезімгендіктан, рибосома арқылы аударма транскрипция аяқталғаннан кейін бірден басталуы мүмкін. Сондықтан прокариоттық аударма транскрипциямен байланысты және котранскрипциялық түрде жүреді деуге болады. Цитоплазмаға өңделген және тасымалданған эукариоттық мРНҚ (яғни, пісіп жетілген мРНҚ) рибосома арқылы аудармалануы мүмкін. Аударма цитоплазмада еркін қозғалатын рибосомаларда немесе сигналды тану бөлшегі арқылы эндоплазмалық торға бағытталуы мүмкін. Сондықтан прокариоттардан өзгеше, эукариоттық аударма транскрипциямен тікелей байланысты емес. Кейбір жағдайларда, тіпті, сүт безі қатерлі ісігінде EEF1A1 мРНҚ/белок деңгейлерінде байқалғандай, мРНҚ деңгейі төмендеген кезде белок деңгейінің артуы мүмкін.

Кодтау аймақтары

Кодтау аймақтары кодондардан тұрады, олар рибосомамен декодталады және ақуыздарға аударылады; эукариоттарда әдетте біреуге, ал прокариоттарда әдетте бірнешеге. Кодтау аймақтары бастау кодонымен басталады және тоқтату кодонымен аяқталады. Әдетте, бастау кодоны – AUG триплеті, ал тоқтату кодоны – UAG ("янтар"), UAA ("охр") немесе UGA ("опал"). Кодтау аймақтары ішкі негіз жұптарымен тұрақтандырылады, бұл олардың ыдырауын қиындатады. Ақуызды кодтаудан басқа, кодтау аймақтарының бөліктері пре-мРНҚ-да экзондық тігілуді күшейтуші немесе экзондық тігілуді басушы ретінде реттеуші тізбектерге қызмет етуі мүмкін.

Аудармаланған емес аймақтар

Аударылмайтын аймақтар (АА) – бастау кодоны алдында және тоқтату кодонынан кейін орналасқан, мРНҚ-ның трансляцияланбайтын бөлімдері, сәйкесінше бес праймдік аударылмайтын аймақ (5' АА) және үш праймдік аударылмайтын аймақ (3' АА) деп аталады. Бұл аймақтар кодтау аймағымен бірге транскрипцияланады, сондықтан олар жетілген мРНҚ-да кездесетін болғандықтан экзонды болып табылады. Аударылмайтын аймақтарға гендік экспрессиядағы бірнеше рөлдер жатқызылған, оның ішінде мРНҚ тұрақтылығы, мРНҚ локализациясы және трансляциялық тиімділік. АА-ның осы функцияларды орындау қабілеті АА-ның тізбегіне байланысты және әртүрлі мРНҚ арасында өзгеше болуы мүмкін. 3' АА-дағы генетикалық варианттар РНҚ құрылымы мен белок трансляциясының өзгеруіне байланысты ауруға қабілеттіліктің жоғарылауымен байланысты. мРНҚ тұрақтылығы 5' АА және/немесе 3' АА арқылы, РНҚ-ны ыдырататын рибонуклеазалар деп аталатын ферменттерге және РНҚ ыдырауын ынталандыратын немесе тежейтін қосалқы ақуыздарға байланысты әртүрлі туыстықпен бақылануы мүмкін. (Сонай ретте, С-бай тұрақтылық элементіне де қараңыз.) Трансляциялық тиімділік, кейде трансляцияның толыққанды тежелуін қоса алғанда, АА арқылы бақылануы мүмкін. 3' немесе 5' АА-ға байланысатын ақуыздар рибосоманың мРНҚ-ға байланысу қабілетіне әсер ету арқылы трансляцияға әсер етуі мүмкін. 3' АА-ға байланысқан микроРНҚ-лар трансляциялық тиімділікке немесе мРНҚ тұрақтылығына әсер етуі мүмкін. мРНҚ-ның цитоплазмалық локализациясы 3' АА-ның функциясы деп есептеледі. Жасушаның белгілі бір аймағында қажетті ақуыздар да сол жерде трансляциялануы мүмкін; мұндай жағдайда 3' АА транскриптті осы аймаққа локализациялауға мүмкіндік беретін тізбектерді қамтуы мүмкін. Аударылмайтын аймақтардағы кейбір элементтер РНҚ-ға транскрипцияланған кезде ерекше екінші құрылымды құрайды. Бұл құрылымдық мРНҚ элементтері мРНҚ-ны реттеуге қатысады. Кейбір элементтер, мысалы SECIS элементі, ақуыздардың байланысу нысаны болып табылады. мРНҚ элементтерінің бір класы, рибосвитчтер, кішкентай молекулаларды тікелей байланыстырады, олардың бүктелуін өзгертіп, транскрипция немесе трансляция деңгейлерін өзгертеді. Бұл жағдайларда мРНҚ өзін-өзі реттейді.

Полиа) құйрығы

3' поли(А) құйрығы – пре-мРНА-ның 3' ұшына қосылған аденин нуклеотидтерінің (көбінесе бірнеше жүз) ұзақ тізбегі. Бұл құйрық ядродан шығуға және трансляцияға көмектеседі, сондай-ақ мРНА-ны ыдыраудан қорғайды.

Моноцистрондық және полицистрондық мРНК

МРНК молекуласы бір ғана ақуыз тізбегін (полипептид) аударуға қажетті генетикалық ақпаратты қамтитын болса, ол моноцистрондық деп аталады. Бұл эукариоттық мРНК-ның көп бөлігіне тән. Ал полицистрондық мРНК бірнеше ашық оқу фреймдерін (ОРФ) алып жүреді, олардың әрқайсысы полипептидке аударылады. Бұл полипептидтер көбінесе бір-бірімен байланысты қызмет атқарады (көбінесе олар соңғы күрделі ақуызды құрайтын бөліктер болып табылады) және олардың кодтау тізбегі промотор мен оператордан тұратын реттеу аймағында біріктіріліп, бірге реттеледі. Бактериялар мен археяларда кездесетін мРНК-ның көп бөлігі полицистрондық, ал дицистрондық немесе бицистрондық мРНК тек екі ақуызды кодтайды.

mРНК циркуляциялау

Эукариоттарда мРНК молекулалары eIF4E және поли(A) байланысқан белоктарының өзара әрекеттесуі нәтижесінде дөңгелек құрылымдар түзеді, олар екеуі де eIF4G-ге байланысады, соның арқасында мРНК-белок-мРНК көпірі пайда болады. Циркуляциялау мРНК-да рибосомалардың циклдеуін күшейтеді, бұл аударманың тиімділігін арттырады, сондай-ақ тек толық мРНК-ның ғана аудармасын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді (ішінара ыдыраған мРНК-да әдетте m7G қақпасы немесе поли(A) құйрығы болмайды). Циркуляциялаудың басқа да механизмдері бар, әсіресе вирус мРНК-сында. Полиовирустың мРНК-сы 5' ұшына жақын орналасқан үш жапырақты құрылымды пайдаланып PCBP2-ге байланысады, ол өз кезегінде поли(A) байланысқан белгіге байланысады, осылайша таныс мРНК-белок-мРНК шеңбері құрылады. Арпаның сары жұлдызша вирусының 5' және 3' ұштарындағы мРНК сегменттерінің арасында байланыс бар (осыған ұқсас құрылымдар «өбіскен спиральдар» деп аталады), бұл ақуыздардың қатысуынсыз мРНК-ны циркуляциялайды. РНК вирустарының геномдары (+ таспалары мРНК ретінде аудармаланады) да көбінесе циркуляцияланады. Геном көбейтілу кезінде циркуляциялау геном көбейтілу жылдамдығын арттырады, вирусқа тәуелді РНК полимеразаның циклдеуін рибосоманың циклдеуімен салыстыруға болады.

Деградация

Бір жасушадағы әртүрлі мРНК-лардың өмір сүру ұзақтығы (тұрақтылығы) әртүрлі болады. Бактериялық жасушаларда жеке мРНК-лар секундықтардан сағатқа дейін тіршілік ете алады. Дегенмен, өмір сүру ұзақтығының орташасы 1 мен 3 минут аралығында болады, бұл бактериялық мРНК-ны эукариоттық мРНК-дан кем тұрақты етеді. Сүтқоректілердің жасушаларында мРНК-ның өмір сүру ұзақтығы бірнеше минуттан бірнеше күнге дейін жетеді. МРНК-ның тұрақтылығы жоғары болған сайын, сол мРНК-дан көбірек ақуыз өндірілуі мүмкін. МРНК-ның шектеулі өмір сүру мерзімі жасушаға өзгеріп отыратын қажеттіліктеріне байланысты ақуыз синтезін жылдам өзгертуге мүмкіндік береді. МРНК-ның ыдырауына себеп болатын көптеген механизмдер бар, олардың кейбіреулері төменде сипатталған.

Прокариоттық мРНК-ның ыдырауы

Жалпы, прокариоттарда мРНК-ның өмір сүру ұзақтығы эукариоттарға қарағанда әлдеқайда қысқа. Прокариоттар хабарламаларды рибонуклеазалардың, соның ішінде эндонуклеазалардың, 3' экзонуклеазалардың және 5' экзонуклеазалардың қосындысын қолдану арқылы ыдыратады. Кейбір жағдайларда, оннан жүздей нуклеотидтерге дейін ұзын болатын шағын РНК молекулалары (sRNA) толықтырылатын тізбектермен жұптасу арқылы және RNase III арқылы рибонуклеазаның кесілуін жеңілдету арқылы нақты мРНК-ның ыдырауын күшейте алады. Соңғы кезде бактериялардың 5' ұшында трифосфаттан тұратын 5' қапшақ бар екені көрсетілді. Екі фосфатты алып тастау 5' монофосфатты қалдырады, бұл хабарламаның 5'-тен 3'-қа дейін ыдырататын экзонуклеаза RNase J арқылы жойылмауына себеп болады.

Эукариоттық мРНК айналымы

Эукариотикалық жасушалардың ішінде трансляция және мРНК ыдырауы процестері арасында тепе-теңдік сақталады. Белсенді түрде аударылып жатқан хабарлар рибосомалармен, эукариотикалық бастау факторлары eIF 4E және eIF 4G, сондай-ақ поли(А) байланыстырушы ақуызбен байланысады. eIF 4E және eIF 4G декэппинг ферментін (DCP2) бөгейді, ал поли(А) байланыстырушы ақуыз экзосома кешенін бөгейді, бұл хабардың екі ұшын қорғайды. Трансляция мен ыдырау арасындағы тепе-теңдік цитоплазмалық құрылымдардың мөлшері мен санында көрінеді, олар P денелері деп аталады. мРНК-ның поли(А) құйрығы РНК-дағы цис-реттегіш тізбектер мен транс-әрекеттегі РНК байланыстырушы ақуыздардың комбинациясы арқылы нақты хабаршы РНК-ға бағытталған мамандандырылған экзонуклеазалармен қысқартылады. Поли(А) құйрығын жою хабардың циклі құрылымын бұзып, қақпақ байланыстыру кешенін тұрақсыздандырады деп саналады. Содан кейін хабар экзосома кешені немесе декэппинг кешені арқылы ыдырайды. Осылайша, трансляциялық белсенді емес хабарлар жылдам жойылады, ал белсенді хабарлар бұзылмай сақталады. Трансляция тоқталып, хабардың ыдырау кешендеріне берілу механизмі толыққанды түсініксіз.

АУ-ға бай элементтік ыдырауы

Кейбір сүтқоректілердің мРНҚ-ларында АУ-ға бай элементтердің болуы, осы тізбектерге байланып, поли(А) құйрығын алып тастауды күшейтетін жасушалық ақуыздардың әрекеті арқылы сол транскрипттерді тұрақсыздандыруға әкеледі. Поли(А) құйрығының жоғалуы, экзосома және декаппинг кешендерінің шабуылын жеңілдету арқылы мРНҚ ыдырауын жеделдетуге себеп болады деп саналады. АУ-ға бай элементтер арқылы мРНҚ-ның жылдам ыдырауы – ісік некрозы факторы (TNF) және гранулоциттер макрофаг колониясын стимуляциялайтын фактор (GM-CSF) сияқты қуатты цитокиндердің артық өндірілуін болдырмау үшін маңызды механизм болып табылады. АУ-ға бай элементтер сондай-ақ c-Jun және c-Fos сияқты протоонкогенді транскрипция факторларының биосинтезін де реттейді.

Ақымақтықпен байланысты зақымдану

Эукариотикалық хабарлар nonsense mediated decay (NMD) деп аталатын қадағалау жүйесіне ұшырайды, ол хабарда мерзімінен бұрын тоқтатылған кодондардың (мағынасыз кодондардың) бар-жоғын тексереді. Мұндай кодондар толық емес сплайсинг, адаптивті иммундық жүйедегі V(D)J рекомбинациясы, ДНҚ-дағы мутациялар, транскрипция қателері, рибосоманың қате оқуынан туындаған фреймшифт және басқа да себептерден пайда болуы мүмкін. Мерзімінен бұрын тоқтатылған кодон анықталған жағдайда, 5' кесу, 3' поли(A) құйрығын алып тастау немесе эндонуклеолитикалық ыдырау арқылы мРНК ыдырайды.

Кіші интерференциялық РНК (siRNA)

Метазоандарда Дисермен өңделген кішігірім интерференциялық РНК (siRNA) РНК-мен шақырылған үнсіздендіру кешені немесе RISC деп аталатын кешенге енгізіледі. Бұл кешенде эндонуклеаза бар, ол siRNA байланысатын толық сәйкес келетін РНҚ хабарламаларын кесіп тастайды. Содан кейін пайда болған мРНК фрагменттері экзонуклеазалармен жойлады. siRNA зертханаларда жасуша мәдениетінде гендердің жұмысын тоқтату үшін кеңінен қолданылады. Бұл қос тізбекті РНК вирустарына қарсы қорғаныс ретінде туа біткен иммундық жүйенің бір бөлігі деп саналады.

МикроРНК (миРНК)

МикроРНК-лар (миРНК-лар) – метазоа жануарларының хабаршы РНК-ларының тізбектеріне жартылай толық сәйкес келетін кішкентай РНК-лар. МиРНК-ның хабарға байланысуы сол хабардың трансляциясын тоқтатуға және поли(А) тізбегін алып тастауды үдетуге мүмкіндік береді, соның салдарынан мРНК-ның ыдырауы жеделдейді. МиРНК-ның әрекет ету механизмі қазіргі таңда белсенді зерттеулер жүріп жатыр.

Басқа ыдырау механизмдері

Хабарламалардың бұзылуына себеп болатын басқа да жолдар бар, оның ішінде үздірілмейтін ыдырау және Пиви өзара әрекеттесетін РНК (piRNA) арқылы басу, және тағы да басқалары.

Қолданбалар

Нуклеозидтік модификацияланған хабаршы РНК тізбегін енгізу жасушаның белок жасауына әкелуі мүмкін, ол өз кезегінде ауруды тікелей емдеуі немесе вакцина ретінде жұмыс істеуі мүмкін; ал тікелей емес жолмен белок эндогендік дің жасушасын қажетті бағытта дифференциациялауға ықпал етуі мүмкін. РНК терапиясының басты қиындықтары РНК-ны тиісті жасушаларға жеткізуге байланысты. Оларға дайындықтан кейін табиғи түрде ыдырайтын, қоршалмаған РНК тізбектері, организмнің иммундық жүйесінің оларды жат дене ретінде тани, шабуылдауы және жасуша мембранасынан өте алмайтындығы жатады. 1990 жылдары нуклеозидтік емес модификацияланған мРНК негізінде жекелендірілген қатерлі ісікке қарсы мРНК вакциналары жасалды. мРНК-ға негізделген терапиялар қатерлі ісік, сондай-ақ аутоиммундық, метаболикалық және тыныс алу жүйесінің қабыну ауруларын емдеудің немесе терапиялық әдіс ретінде зерттеуді жалғастыруда. CRISPR сияқты гендік өңдеу терапиясы да жасушаларды қажетті Cas ақуызын жасауға итермелеу үшін мРНК қолданудан пайда көруі мүмкін. 2010 жылдан бері РНК вакциналары мен басқа РНК терапиясы «дәрілердің жаңа класы» деп есептеледі. Алғашқы мРНК-ға негізделген вакциналар шектеулі рұқсат алып, COVID-19 пандемиясы кезінде, мысалы, Pfizer–BioNTech COVID-19 вакцинасы және Moderna арқылы бүкіл әлемде қолданысқа енгізілді. 2023 жылғы физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығы COVID-19-ға қарсы тиімді мРНК вакциналарын жасағаны үшін Каталина Карико мен Дрю Вайсманға берілді.

Тарих

1950 жылдары молекулалық биологияның бірнеше зерттеулері РНК-ның ақуыз синтезінде белгілі бір рөл атқаратынын көрсетті, бірақ бұл рөл толыққанды түсініксіз болды. Мысалы, ең алғашқы есептердің бірінде Жак Монод және оның командасы РНК синтезінің ақуыз синтезі үшін қажет екенін, әсіресе *E. coli* бактериясындағы β-галактозидаза ферментінің өндірісі кезінде көрсетті. Артур Парди де 1954 жылы ұқсас РНК жинақталуын анықтады. 1953 жылы Альфред Херши, Джун Диксон және Марта Чейз цитозин қамтитын ДНК-ны (ол РНК екенін көрсетеді) сипаттады, ол *E. coli* бактериясында синтезденгеннен кейін тез жоғалып кетті. Еске салғанда, бұл мРНК-ның бар екендігіне қатысты алғашқы байқаулардың бірі болуы мүмкін, бірақ сол кезде осылай танылмады. мРНК идеясы алғаш рет Сидней Бреннер мен Фрэнсис Крик 1960 жылдың 15 сәуірінде Кембридждегі Кингс колледжінде пайда болды, ал Франсуа Джейкоб оларға Артур Парди, Монод және оның командасы жүргізген жаңа эксперимент туралы айтты (бұл «PaJaMo» эксперименті деп аталды, ол мРНК-ның бар екенін дәлелдемеді, бірақ оның болу мүмкіндігін ұсынды). Криктың ынталандыруымен Бреннер мен Джейкоб осы жаңа гипотезаны тексеруге кірісті және көмек үшін Калифорния технология институтындағы Мэтью Меселсонмен байланысқа түсті. 1960 жылдың жазында Бреннер, Джейкоб және Меселсон Меселсонның Калтехтегі зертханасында мРНК-ның бар екенін алғаш рет дәлелдеген эксперимент жүргізді. Сол күзде Джейкоб пен Монод «хабаршы РНК» деген атау берді және оның функциясын түсіндіру үшін алғашқы теориялық негіздеме жасады. 1961 жылдың ақпан айында Джеймс Уотсон өзінің Гарвардтағы зерттеу тобының олардың ізінен бірқатар эксперименттермен ергенін, нәтижелері шамамен бірдей бағытта болғанын мәлімдеді. Бреннер және басқалар Уотсонның зерттеу нәтижелерін жариялауды кейінге қалдыру туралы өтінішіне келісті. Нәтижесінде Бреннер мен Уотсонның мақалалары 1961 жылғы мамырдағы *Nature* журналының бір санында бірдей жарияланды, ал сол айда Джейкоб пен Монод мРНК-ға арналған теориялық негіздемесін *Журнал молекулалық биологиясында* жариялады.