Кіріспе

Геннің экспрессиясына кедергі келтіретін процесс. Генді үндеу – белгілі бір геннің экспрессиясын болдырмау үшін жасушадағы ген экспрессиясын реттеу. Генді үндеу транскрипция немесе трансляция кезінде жүзеге асуы мүмкін және ғылыми зерттеулерде жиі қолданылады. Гендер үндеген кезде, олардың экспрессиясы төмендейді. Олигонуклеотидтер – қысқа нуклеин қышқылдарының фрагменттері, жасушаға қосылғанда, олар толықтыратын мақсатты мРНК молекулаларымен байланысады. Бұл молекулалар бір тізбекті ДНК немесе РНК-дан тұруы мүмкін және әдетте 13–25 нуклеотидтен тұрады. Антисенс олигонуклеотидтер ген экспрессиясына екі жолмен әсер ете алады: RNase H-қа тәуелді механизм арқылы немесе кеңістіктік кедергі жасау механизмі арқылы. Рибозим мотивтерінің бірнеше түрі бар, оның ішінде балға тәрізді, шұлық тәрізді, гепатит дельта вирусы, I топ, II топ және RNase P рибозимдері. Балға тәрізді, шұлық тәрізді және гепатит дельта вирусы (HDV) рибозим мотивтері көбінесе вирустарда немесе вируроидтық РНК-да кездеседі. Бұл каталитикалық РНК молекулалары белгілі бір орынға байланысып, РНК тізбегіндегі көршілес фосфатқа 2' оттегі арқылы шабуыл жасайды, ол нуклеофил ретінде әрекет етеді, нәтижесінде 2'3' циклдік фосфат және 5' гидроксилдік терминаль ұшы бар бөлінген өнімдер пайда болады.

РНҚ араласуы

РНК-ның араласуы (РНКi) – жасушалардың гендік экспрессияны реттеу үшін пайдаланатын табиғи процесс. Оны 1998 жылы Эндрю Файр мен Крейг Мелло ашқан, және олар 2006 жылы осы ашылулары үшін Нобель сыйлығына ие болды. Гендерді үнсіздендіру процесі екі тізбекті РНК (dsRNA) молекуласының жасушаға енуімен басталады, бұл РНКi жолын іске қосады. МРНК молекулаларының кесілуі немесе трансляциялық тежелуі арқылы, оларды құрайтын гендер тиімді түрде белсенді емес болады. Ароухед, Диссерна және Персомикс, сондай-ақ басқа да компаниялар.

Үш негізгі трансляцияланбаған аймақтар мен микроРНК

Үш негізгі аударылмаған аймақтар (3' UTR) хабаршы РНК-да (mRNA) жиі гендік үнсіздендіруге алып келетін реттеуші тізбектер болады, бұл транскрипциядан кейін жүзеге асады. Мұндай 3' UTR микроРНК-лар (миРНК-лар) және реттеуші ақуыздар үшін байланыс орындарын жиі қамтиды. 3' UTR-дегі белгілі бір орындарға байланысу арқылы көптеген нақты миРНК-лар өздерінің нақты мақсатты mRNA-ларының гендік экспрессиясын азайтады, транскрипттің трансляциясын тежеу арқылы немесе РНК-ның араласуына ұқсас механизм арқылы транскрипттің тікелей ыдырауына себеп болады (МикроРНК-қа қараңыз). 3' UTR мРНК экспрессиясын тежейтін репрессорлық ақуыздарды байланыстыратын үнсіздендіруші аймақтарды да қамти алады. 3' UTR жиі микроРНК жауап элементтерін (MRE) қамтиды. MRE – миРНК-лар байланысатын және гендік үнсіздендіруге себеп болатын тізбектер. Бұл 3' UTR-де кең таралған мотивтер. 3' UTR-дегі барлық реттеуші мотивтердің (мысалы, үнсіздендіруші аймақтарды қоса алғанда) арасында MRE мотивтері шамамен жартысын құрайды. 2014 жылғы деректер бойынша, miRBase веб-сайтында (миРНК тізбектері мен түсіндірмелерінің архиві) 233 биологиялық түрде 28 645 жазба тізімделген. Олардың ішінде 1 881 миРНК аннотацияланған адам миРНК локустарында кездеседі. Әр миРНК шамамен төрт жүздей мақсатты mRNA-ға ие болуы болжамдалды (бұл бірнеше жүз геннің гендік үнсіздендіруіне әкеледі). Фридман және авторлар. Басқа эксперименттер бір миРНК жүздеген белоктардың өндірісін басып тастайтынын, бірақ бұл басу көбінесе салыстырмалы түрде әлсіз (2 еседен аз) болатынын көрсетті. МиРНК гендік экспрессиясының бұзылуының салдары қатерлі ісіктерде маңызды рөл атқарады. Мысалы, асқазан-ішек жолының қатерлі ісігінде тоғыз миРНК эпигенетикалық түрде өзгергені және ДНК жөндеу ферменттерін төмендетуде тиімді екені анықталды. МиРНК гендік экспрессиясының бұзылуының салдары шизофрения, екіполярлы бұзылу, үлкен депрессия, Паркинсон ауруы, Альцгеймер ауруы және аутизм спектріндегі бұзылулар сияқты нейропсихиатриялық ауруларда да маңызды болып көрінеді.

Медициналық зерттеулер

Гендерді үнсіздендіру әдістері зерттеушілер тарапынан бұзылыстармен байланысты гендерді зерттеу үшін кеңінен қолданылып келеді. Бұл бұзылыстардың ішінде қатерлі ісік, жұқпалы аурулар, тыныс алу жүйесінің аурулары және нейродегенеративті аурулар бар. Генді үнсіздендіру қазіргі таңда синтетикалық өлім, жоғары өнімділік скрининг және миниатюраланған РНҚi скринингтері сияқты жаңа дәрілерді табу жұмыстарында да қолданылуда.

Қатерлі ісік

РНК-ның араласуы бірнеше қатерлі ісіктерге байланысты гендерді белсенділіксіздендіру үшін қолданылған. Созылмалы миелогенді лейкемияның (CML) in vitro зерттеулерінде, BCR ABL фьюзиялық протеинін кесу үшін siRNA қолданылды, бұл Gleevec (иматиниб) препаратының қатерлі жасушаларға байланысуына кедергі келтіреді. Фьюзиялық протеиннің кесілуі, жасушалардың дәріге сезімталдығын арттыру арқылы, денеге таралатын трансформацияланған гематопоэтикалық жасушалардың санын азайтты. Қатерлі жасушалардың көбеюіне алып келетін митогендік жолдарға қатысатын рецепторлар да siRNA молекулаларымен бағытталды. Сүт безі қатерлі ісігінің көбеюімен байланысты 4-ші кемокин рецепторы (CXCR4) siRNA молекулаларымен кесілді, бұл қатерлі жасушаларда жиі байқалатын бөліну санын азайтты. Зерттеушілер сондай-ақ қатерлі ісікке байланысты гендердің экспрессиясын таңдаулы түрде реттеу үшін siRNA-ны қолданды. Кластерин және сурвивин сияқты антиапоптотикалық протеиндер қатерлі жасушаларда жиі экспрессияланады. Кластерин мен сурвивинге бағытталған siRNA антиапоптотикалық протеиндердің санын азайту және осылайша қатерлі жасушалардың химиотерапиялық емге сезімталдығын арттыру үшін қолданылды.

Вирустар

Вирустың көбейуіне немесе жасушаға енуіне қажетті, немесе вирустың тіршілік циклында маңызды рөл атқаратын вирустық гендер мен жазылушы (хост) гендері көбінесе вирусқа қарсы терапияның нысанасы болады. РНҚ-аралық интерференция (RNAi) адамның иммуножеткіліксіздік вирусы (АИТВ) және гепатит сияқты бірнеше вирустық ауруларда гендерді нысанаға алу үшін қолданылған. Атап айтқанда, siRNA АИТВ-нің негізгі рецепторы – 5-кемокин рецепторын (CCR5) үндіру үшін пайдаланылды. Бұл вирусқа адамның шеткі қан лимфоциттеріне және алғашқы гематопоэтикалық тамырлық жасушаларына енуіне кедері келтірді. Осыған ұқсас тәсіл гепатит В және С жұқтырған жасушаларда анықталатын вирус мөлшерін азайту үшін қолданылды. Гепатит В-де siRNA үндіруі гепатит В вирусының беткі антигенін нысанаға алып, вирустық компоненттердің санын азайтты. Сонымен қатар, гепатит С-де қолданылған siRNA әдістері вирус мөлшерін жасушада 98%-ға дейін төмендетуге мүмкіндік берді. РНҚ-аралық интерференция 20 жылдан астам уақыттан бері өсімдіктердің вирусқа қарсы тұруын қамтамасыз ету үшін коммерциялық қолданыста жүр (өсімдік ауруларына төзімділік туралы қараңыз). 1986–1990 жылдары РНҚ-ның ашылуынан бұрын өсімдік вирустарына қарсы «қабық ақуызу арқылы берілетін төзімділік» мысалдары жарияланды. 1993 жылы темекі мозаикалық вирусымен жұмыс істеуде жазылушы организмдер вирус немесе мРНҚ тізбектерін ыдырату үшін нысаналай алатыны және бұл белсенділік трансгенді өсімдіктерде вирусқа төзімділіктің кейбір мысалдарының түпкі себебі екені көрсетілді. Кішкентай интерференциялық РНҚ-ның (РНҚ арқылы генді үндірудегі ерекшелікті анықтайтын фактор) ашылуы өсімдіктерде вирус тудырған посттранскрипциялық генді үндіруді де пайдаланды. 1994 жылы үш түрлі вирустың қабық ақуызу гендерін экспрессиялейтін трансгенді қабақ сорттары жасалды, бұл қабақ гибридтеріне егістік жағдайында расталған көп вирусқа төзімділікті қамтамасыз етті және қазіргі уақытта коммерциялық қолданыста жүр. Картоптың жапырақ вирусына төзімділікті қамтамасыз ететін вирус репликаза тізбектерін экспрессиялейтін картоп желілері NewLeaf Y және NewLeaf Plus саудалық атауларымен сатылды және 1999–2001 жылдары McDonald's Corp. гендік модификацияланған картопты сатып алудан бас тартқанша және Monsanto NatureMark картоп бизнесін жапқанша коммерциялық өндірісте кеңінен қабылданды. Генді үндіру арқылы вирусқа қарсы тұрудың тағы бір жиі келтірілетін мысалы – папайя, онда Гавайи папайя индустриясы ірі корпорация емес, университет зерттеушілері жасаған және лицензиялаған вирусқа төзімді ГМО папайя арқылы құтқарылды. Бұл папайялар қазіргі уақытта да қолданылуда, бірақ маңызды қоғамдық наразылықсыз емес, бұл генді үндірудің медициналық қолданылуында айтарлықтай аз байқалады. Генді үндіру әдістері басқа вирустарды, мысалы, адам папиллома вирусын, Батыс Нил вирусын және Тулан вирусын нысанаға алу үшін де қолданылған. Адам папиллома вирусымен ауырған науқастардан алынған ісік үлгілеріндегі E6 гені нысанаға алынып, инфекцияланған жасушаларда апоптозға әкелді. Батыс Нил вирусын нысанаға алу үшін пайдаланылған плазмидтік siRNA экспрессиялық векторлар жасушалық желілерде вирус көбеюін болдырмауға мүмкіндік берді. Сонымен қатар, siRNA Caliciviridae тұқымдасына жататын Тулан вирусының құрылымдық және құрылымдық емес гендерін нысанаға алып, оның көбеюін тоқтатуда сәтті болды. NTPаза генін нысанаға алу арқылы, инфекциядан 4 сағат бұрын бір доза siRNA қолданғанда вирус көбеюі инфекциядан кейінгі 48 сағат ішінде бақыланды және вирус титрі 2,6 логарифмге дейін төмендеді. Адам норовирустарын зертханада зерттеу қиын, бірақ Тулан вирусы осы вирус тұқымын зерттеу үшін үлгі болып табылады, бұл адам норовирусынан туындаған ауруларды емдеуге арналған терапияны әзірлеудің клиникалық мақсаты болып табылады.

Бактериялар

Вирустардан өзгеше, бактериялар сиРНК арқылы үндеуге оңай бейімделмейді. Бұл, көбінесе бактериялардың қалай көбейетініне байланысты. Бактериялар жасушаның ішінде емес, сыртында көбейеді және РНК-ның жұмыс істеуі үшін қажетті құрал-жабдыққа ие емес. Мысалы, сиРНК липополисахарид (LPS) арқылы емделген тышқандардың жасушаларындағы қабынуға қарсы цитокиндердің мөлшерін азайту үшін қолданылды. Қабыну цитокині – ісік некрозы факторы α (TNFα) экспрессиясының төмендеуі, LPS арқылы емделген тышқандарда септикалық шок азаюына себеп болды. Осылайша, бактериялар сиРНК механизмдерімен тікелей нысанаға алынбаса да, бактериялық инфекцияға қатысты компоненттер нысанаға алынғанда оларға әсер етуге болады.

Тыныс алу жолдарының аурулары

Рибозимдер, антисенс олигонуклеотидтер және соңғы кезде РНҚ интерференциясы (РНКИ) астмаға қатысты мРНК молекулаларын бағыттау үшін қолданылды. Бұл тәжірибелер siRNA-ны басқа да тыныс алу жолдары ауруларымен, мысалы, созылмалы обструктивті өкпе ауруы (СОӨА) және кілегейлі фиброзбен күресу үшін пайдалануға болатынын ұсынды. NCI H292 адам тыныс жолдарының эпителийлік жасушаларында трансформациялық өсу факторының (TGF) α-сы siRNA арқылы бағытталғанда шырыш секрециясының төмендеуі анықталды. СОӨА және астма үшін шырыш секрециясының артық болуымен қатар созылмалы қабыну және өкпе тінінің зақымдануы да тән. Бұл көріністерде трансформациялық өсу факторы TGF β рөл атқарады деп саналады. Осының салдарынан, интерферон (IFN) γ TGF β-ны төмендету үшін қолданылғанда, өкпе тінінің зақымдануы мен тыртықтануынан туындаған өкпе фиброзы жақсарды.

Хантингтон ауруы

Хантингтон ауруы (ХА) – хентингтин геніндегі мутация нәтижесінде ХАГ қайталануларының артуынан туындайды. Бұл ген мутациялық хентингтин ақуызын қалыптастырады, оның аминқышқылдық ұшына жақын полиглутамин тізбегі болады. Бұл ауруның емделуі мүмкін емес және моторлық, когнитивтік және мінез-құлық бұзылыстарына әкеледі. Зерттеушілер гендік үндеуді ХА үшін потенциалды терапиялық әдіс ретінде қарастырып жатыр. Гендік үндеу мутациялық хентингтин ақуызын бағыттап, ХА-ны емдеу үшін қолданылуы мүмкін. Мутациялық хентингтин ақуызы аллельдік ерекшеліктегі олигонуклеотидтерді пайдалану арқылы аллельдік ерекше гендік үндеу арқылы бағытталды. Бұл әдісте антисенс олигонуклеотидтер ДНК тізбегіндегі бір нуклеотидтік полиморфизмдерді (СНП) бағыттау үшін қолданылады, себебі ХА-мен ауыратын пациенттерде мутациялық хентингтин аллелімен байланысты ортақ СНП-лар табылды. ХА-мен ауыратын пациенттердің шамамен 85% үш СНП-ны бағыттау арқылы қамтылуы мүмкін екені анықталды. Сонымен қатар, егер антисенс олигонуклеотидтер ХА-мен байланысты СНП-ны бағыттау үшін егешқұйрықтарда қолданылса, мутациялық хентингтин ақуызының деңгейі 50%-ға төмендеді. Амиотрофиялық склероз (АЛС) ауруына себеп болатын Cu/Zn супероксид дисмутаза (SOD1) геніндегі жүздеген мутациялар анықталды. Гендік үндеу АЛС-қа тән SOD1 мутантын жою үшін қолданылды. Атап айтқанда, siRNA молекулалары аллельдік гендік үндеу арқылы SOD1 мутант генін бағыттап, оның экспрессиясын төмендету үшін сәтті пайдаланылды.

Терапиялық қиындықтар

Генді үндете алмау терапиясымен байланысты бірнеше қиындықтар бар, оның ішінде мақсатты жасушаларға жеткізу және таңдаулылық. Мысалы, нейродегенеративті ауруларды емдеу үшін болашақ генді үндете алмау терапиясы үшін молекулаларды миға жеткізу қажет. Қан-ми тосқауылы, көптеген молекулалардың қанға енгізілуіне немесе сіңуіне жол бермей, оларды қан ағыны арқылы миға жеткізуді қиындатады. Полифенол оксидаза (PPO) экспрессиясын төмендету үшін генді үндете алмау технологиясы қолданылған, қоңырдануға төзімді қасиеттері бар алмалар бар. Бұл техниканы қолданатын алғашқы мақұлданған азық түлігі.