Введение
Мультипротеиновый комплекс
The RNA induced silencing complex, or RISC, is a multiprotein complex, specifically a ribonucleoprotein, which functions in gene silencing via a variety of pathways at the transcriptional and translational levels. Using single stranded RNA (ssRNA) fragments, such as microRNA (miRNA), or double stranded small interfering RNA (siRNA), the complex functions as a key tool in gene regulation. The single strand of RNA acts as a template for RISC to recognize complementary messenger RNA (mRNA) transcript. Once found, one of the proteins in RISC, Argonaute, activates and cleaves the mRNA. This process is called RNA interference (RNAi) and it is found in many eukaryotes; it is a key process in defense against viral infections, as it is triggered by the presence of double stranded RNA (dsRNA). This was only a couple of years after the discovery of RNA interference in 1998 by Andrew Fire and Craig Mello, who shared the 2006 Nobel Prize in Physiology or Medicine. Dicer also processes pre miRNA, which forms a hairpin loop structure to mimic dsRNA, in a similar fashion. dsRNA fragments are loaded into RISC with each strand having a different fate based on the asymmetry rule phenomenon, the selection of one strand as the guide strand over the other based on thermodynamic stability. The newly generated miRNA or siRNA act as single stranded guide sequences for RISC to target mRNA for degradation. The strand with the less thermodynamically stable 5' end is selected by the protein Argonaute and integrated into RISC. This strand is known as the guide strand and targets mRNA for degradation. The other strand, known as the passenger strand, is degraded by RISC.
РНК-индуцированный комплекс подавления генов, или RISC, — это мультипротеиновый комплекс, в частности, рибонуклеопротеин, который участвует в подавлении экспрессии генов посредством различных механизмов на транскрипционном и трансляционном уровнях. Используя одноцепочечные фрагменты РНК (ssRNA), такие как микроРНК (miRNA), или двухцепочечные короткие интерферирующие РНК (siRNA), комплекс функционирует как ключевой инструмент в регуляции генов. Одноцепочечная РНК служит шаблоном для RISC для распознавания комплементарного транскрипта мРНК (messenger RNA). После обнаружения один из белков в составе RISC, Argonaute, активируется и расщепляет мРНК. Этот процесс называется РНК-интерференцией (RNAi), и он встречается у многих эукариот; это важный механизм защиты от вирусных инфекций, поскольку он запускается при обнаружении двухцепочечной РНК (dsRNA). Это произошло всего через несколько лет после открытия РНК-интерференции в 1998 году Эндрю Файром и Крейгом Мелло, которые в 2006 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Dicer также обрабатывает пре-миРНК, которая формирует шпилечную структуру, имитирующую dsRNA, аналогичным образом. Фрагменты dsRNA загружаются в RISC, и каждая цепь имеет разную судьбу в соответствии с феноменом асимметрии, когда одна цепь выбирается в качестве направляющей по сравнению с другой на основе термодинамической стабильности. Новообразованные miRNA или siRNA служат одноцепочечными направляющими последовательностями для RISC, нацеливающими мРНК на деградацию. Цепь с менее термодинамически стабильным 5'-концом отбирается белком Argonaute и интегрируется в RISC. Эта цепь известна как направляющая цепь и нацеливает мРНК на деградацию. Другая цепь, известная как пассажирская цепь, разрушается в составе RISC.
The RNA induced silencing complex, or RISC, is a multiprotein complex, specifically a ribonucleoprotein, which functions in gene silencing via a variety of pathways at the transcriptional and translational levels. Using single stranded RNA (ssRNA) fragments, such as microRNA (miRNA), or double stranded small interfering RNA (siRNA), the complex functions as a key tool in gene regulation. The single strand of RNA acts as a template for RISC to recognize complementary messenger RNA (mRNA) transcript. Once found, one of the proteins in RISC, Argonaute, activates and cleaves the mRNA. This process is called RNA interference (RNAi) and it is found in many eukaryotes; it is a key process in defense against viral infections, as it is triggered by the presence of double stranded RNA (dsRNA). This was only a couple of years after the discovery of RNA interference in 1998 by Andrew Fire and Craig Mello, who shared the 2006 Nobel Prize in Physiology or Medicine. Dicer also processes pre miRNA, which forms a hairpin loop structure to mimic dsRNA, in a similar fashion. dsRNA fragments are loaded into RISC with each strand having a different fate based on the asymmetry rule phenomenon, the selection of one strand as the guide strand over the other based on thermodynamic stability. The newly generated miRNA or siRNA act as single stranded guide sequences for RISC to target mRNA for degradation. The strand with the less thermodynamically stable 5' end is selected by the protein Argonaute and integrated into RISC. This strand is known as the guide strand and targets mRNA for degradation. The other strand, known as the passenger strand, is degraded by RISC.
Формирование гетерохроматина
Некоторые RISC способны напрямую воздействовать на геном, рекрутируя гистонметилтрансферазы для формирования гетерохроматина в локусе гена, что приводит к его подавлению. Эти RISC принимают форму комплекса РНК-индуцированного транскрипционного подавления (RITS). Наиболее изученным примером является RITS дрожжей. Показано, что RITS направляет формирование гетерохроматина в центромерах посредством распознавания центромерных повторов. Благодаря спариванию оснований siRNA (направляющей нити) с целевыми хроматиновыми последовательностями, можно рекрутировать ферменты, модифицирующие гистоны. Механизм недостаточно изучен, однако RITS деградирует молодые транскрипты мРНК. Предполагается, что этот механизм действует как "петля самоподкрепления", поскольку деградированные молодые транскрипты используются РНК-зависимой РНК-полимеразой (RdRp) для генерации большего количества малых интерферирующих РНК (siRNA). У Schizosaccharomyces pombe и Arabidopsis, процессинг двухцепочечных РНК (dsRNA) в siRNA ферментами Dicer может инициировать путь подавления генов посредством формирования гетерохроматина. Белок AGO4, известный как аргонавт, взаимодействует с малыми РНК, определяющими гетерохроматические последовательности. Гистонметилтрансфераза (HMT) H3K9 метилирует гистон H3 и рекрутирует белки хромодомена к участкам метилирования. Метилирование ДНК поддерживает подавление генов, поскольку гетерохроматические последовательности могут быть установлены или распространены.
Удаление ДНК
СиРНК, генерируемая комплексами RISC, по-видимому, играет роль в деградации ДНК во время развития соматического макронуклеуса у цилиат рода *Tetrahymena*. Это сходно с эпигенетическим контролем формирования гетерохроматина и рассматривается как защита от вторжения генетических элементов. +Таблица 1: Комплексы, участвующие в сборке и функционировании RISC +Основано на таблице Sontheimer (2005) Клетки *D. melanogaster* S2 Dcr2, R2D2 ~250 кДа Процессинг двуцепочечной РНК, связывание сиРНК RLC (A) Эмбрионы *D. melanogaster* Dcr2, R2D2 NR Процессинг двуцепочечной РНК, связывание сиРНК, предшественник RISC Holo RISC Клетки *D. melanogaster* S2 Ago2, Fmr1/Fxr, Tsn, Vig ~500 кДа Связывание и расщепление целевой РНК RISC Клетки *D. melanogaster* S2 Ago2 ~140 кДа Связывание и расщепление целевой РНК Комплекс, ассоциированный с Fmr1 Клетки *D. melanogaster* S2 L5, L11, 5S рРНК, Fmr1/Fxr, Ago2, Dmp68 NR Возможное связывание и расщепление целевой РНК Минимальный RISC Клетки HeLa eIF2C2 (ago2), Gemin3, Gemin4 ~550 кДа Ассоциация с микроРНК, связывание и расщепление целевой РНК
Ago, Argonaute; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster orthologue of mammalian p68 RNA unwindase; eIF2C1, eukaryotic translation initiation factor 2C1; eIF2C2, eukaryotic translation initiation factor 2C2; Fmr1/Fxr, D. melanogaster orthologue of the fragile X mental retardation protein; miRNP, miRNA protein complex; NR, not reported; Tsn, Tudor staphylococcal nuclease; Vig, vasa intronic gene. Regardless, it is apparent that Argonaute proteins are present and are essential for function. Furthermore, there are insights into some of the key proteins (in addition to Argonaute) within the complex, which allow RISC to carry out its function.
Ago, Аргонавт; Dcr, Дайсер; Dmp68, ортолог D. melanogaster белка p68, распутывающего РНК млекопитающих; eIF2C1, фактор инициации трансляции эукариот 2C1; eIF2C2, фактор инициации трансляции эукариот 2C2; Fmr1/Fxr, ортолог *D. melanogaster* белка, ответственного за хрупкую Х-хромосомную ментальную ретардацию; miRNP, комплекс белок-микроРНК; NR, не сообщается; Tsn, Tudor стафилококковая нуклеаза; Vig, ген, находящийся в интроне *vasa*. В любом случае, очевидно, что белки Аргонавта присутствуют и необходимы для функционирования. Кроме того, имеются данные о некоторых ключевых белках (в дополнение к Аргонавту) в составе комплекса, которые позволяют RISC выполнять свою функцию.
Ago, Argonaute; Dcr, Dicer; Dmp68, D. melanogaster orthologue of mammalian p68 RNA unwindase; eIF2C1, eukaryotic translation initiation factor 2C1; eIF2C2, eukaryotic translation initiation factor 2C2; Fmr1/Fxr, D. melanogaster orthologue of the fragile X mental retardation protein; miRNP, miRNA protein complex; NR, not reported; Tsn, Tudor staphylococcal nuclease; Vig, vasa intronic gene. Regardless, it is apparent that Argonaute proteins are present and are essential for function. Furthermore, there are insights into some of the key proteins (in addition to Argonaute) within the complex, which allow RISC to carry out its function.
Белки аргонавтов
Белки аргонавтов — это семейство белков, встречающихся у прокариот и эукариот. Их функция у прокариот неизвестна, но у эукариот они отвечают за интерференцию РНК (RNAi). У человека существует восемь членов семейства аргонавтов, из которых только аргонавт 2 исключительно участвует в направленном расщеплении РНК в составе РИСК.
Комплекс погрузки RISC
Комплекс загрузки RISC (RLC) – это ключевая структура, необходимая для загрузки фрагментов dsRNA в РИСК с целью нацеливания на мРНК. RLC состоит из дицера, трансактивирующего белка, связывающего РНК (TRBP) и Argonaute 2. Дицер – это RNase III эндонуклеаза, которая генерирует фрагменты dsRNA для загрузки, направляющие РНК-интерференцию. TRBP – это белок с тремя доменами, связывающими двухцепочечную РНК. Argonaute 2 является RNase и представляет собой каталитический центр РИСК. Дицер ассоциируется с TRBP и Argonaute 2 для облегчения передачи фрагментов dsRNA, генерируемых Дицером, в Argonaute 2. Более поздние исследования показали, что человеческая РНК-геликаза A может способствовать работе RLC.