Введение
Свойства нитей нуклеиновой кислоты в отношении их переводности в белок В молекулярной биологии и генетике понятие молекулы нуклеиновой кислоты, особенно нитки ДНК или РНК, относится к природе роли нитки и ее комплемента в определении последовательности аминокислот. В зависимости от контекста, смысл может иметь несколько разные значения. Например, отрицательная смысловая нить ДНК эквивалентна нитке шаблона, тогда как положительная смысловая нить - это нить без шаблона, нуклеотидная последовательность которой эквивалентна последовательности транскрипта мРНК.
In molecular biology and genetics, the sense of a nucleic acid molecule, particularly of a strand of DNA or RNA, refers to the nature of the roles of the strand and its complement in specifying a sequence of amino acids. Depending on the context, sense may have slightly different meanings. For example, the negative sense strand of DNA is equivalent to the template strand, whereas the positive sense strand is the non template strand whose nucleotide sequence is equivalent to the sequence of the mRNA transcript.
Ощущение ДНК
Из-за взаимодополняющей природы пары оснований между полимерами нуклеиновой кислоты, молекула двойной нити ДНК будет состоять из двух нитей с последовательностями, которые являются обратными дополнениями друг друга. Чтобы помочь молекулярным биологам конкретно идентифицировать каждую нить отдельно, две нитки обычно дифференцируются как нить "чувства" и нить "антисмысленности". Отдельная нить ДНК называется положительным смыслом (также положительным (+) или просто смыслом), если ее нуклеотидная последовательность непосредственно соответствует последовательности РНК-транскрипта, которая транслируется или может быть транслирована в последовательность аминокислот (при условии, что любые тиминовые основания в последовательности ДНК заменяются урациловыми основаниями в последовательности РНК). Другая нить двойной ДНК-молекулы называется отрицательным смыслом (также отрицательным (-) или антисмыслом) и является обратной комплементарной как положительной нитью, так и РНК-транскриптом. На самом деле антисенсовая нить используется в качестве шаблона, из которого РНК-полимеразы конструируют транскрипт РНК, но комплементарная парная основа, с помощью которой происходит полимеризация нуклеиновых кислот, означает, что последовательность транскрипта РНК будет выглядеть идентично положительной смысловой нитке, за исключением использования транскриптом РНК урацила вместо тимина. Иногда фразы кодирующая нить и шаблонная нить встречаются соответственно вместо смысла и антисмысла, и в контексте двойной нитевой молекулы ДНК использование этих терминов по существу эквивалентно. Однако кодирующая/чувственная нить не всегда должна содержать код, который используется для создания белка; могут быть транскрибированы как кодирующие белки, так и некодирующие РНК. Термины "смысл" и "антисмысл" относятся только к конкретной транскрипции РНК, о которой идет речь, а не к цепи ДНК в целом. Другими словами, любая нить ДНК может служить в качестве смысловой или антисмысловой нитки. Большинство организмов с достаточно большими геномами используют обе нити, причем каждая нить функционирует как нить шаблона для разных РНК-транскриптов в разных местах вдоль одной и той же молекулы ДНК. В некоторых случаях РНК-транскрипты могут транскрибироваться в обоих направлениях (т. е. на любой нити) из общей области промотора или транскрибироваться из интронов на любой нити (см. "амбисенс" ниже).
Ощущение ДНК
Сетевая нить ДНК выглядит как транскрипт РНК-мессенджера (мРНК), и поэтому может быть использована для считывания ожидаемой последовательности кодонов, которая в конечном итоге будет использоваться во время трансляции (синтеза белка) для создания последовательности аминокислот, а затем белка. Например, последовательность "ATG" в чувствительной нити ДНК соответствует кодону "AUG" в мРНК, который кодирует аминокислоту метионин. Однако, сама по себе цепь чувств ДНК не используется в качестве шаблона для мРНК; это антисмысловая цепь ДНК, которая служит источником для кода белка, потому что, с основаниями, дополняющими цепь чувств ДНК, она используется в качестве шаблона для мРНК. Поскольку результатом транскрипции является РНК-продукт, дополняющий нить шаблона ДНК, мРНК является дополнением к антисенсорному нитью ДНК. Таким образом, в качестве шаблона используется тройник оснований 3′ TAC 5′ в антисмысловой нити ДНК (дополнительный к 5′ ATG 3′ в смысловой нити ДНК), в результате чего в мРНК получается тройник оснований 5′ AUG 3′. В ДНК-семенной нити будет триплет ATG, который выглядит аналогично триплетной мРНК AUG, но не будет использоваться для получения метионина, потому что он не будет напрямую использоваться для получения мРНК. Сечение ДНК называется "сечением" не потому, что оно будет использоваться для создания белка (это не так), а потому, что оно имеет последовательность, которая непосредственно соответствует последовательности кодона РНК. Согласно этой логике, сам транскрипт РНК иногда описывается как "чувство".
Амбисенс
Одноцепочечный геном, используемый как в положительном смысле, так и в отрицательном, называется амбицентом. Некоторые вирусы имеют амбиценсные геномы. Буньявирусы имеют три одноцепочечных фрагмента РНК (ssRNA), некоторые из которых содержат как положительные, так и отрицательные секции; аренавирусы также являются вирусами с амбиценозным геномом, поскольку у них есть три фрагмента, которые в основном являются отрицательными, за исключением части 5'-концов больших и малых сегментов их генома.
Антисмысленная РНК
РНК-последовательность, которая является дополнением к эндогенной транскрипции мРНК, иногда называется "антисмысловой РНК". Другими словами, это не кодирующая нить, дополняющая кодирующую последовательность РНК; это похоже на отрицательную вирусную РНК. Когда мРНК образует дуплекс с комплементарной последовательностью антисенсовой РНК, трансляция блокируется. Этот процесс связан с интерференцией РНК. Клетки могут естественным образом производить антисмысленные молекулы РНК, называемые микроРНК, которые взаимодействуют с комплементарными молекулами мРНК и ингибируют их экспрессию. Эта концепция также использовалась в качестве метода молекулярной биологии, путем искусственного введения трансгенного кодирования для антисенсовой РНК, чтобы блокировать экспрессию интересующего гена. Антисенсовая РНК, маркированная радиоактивно или флуоресцентно, может использоваться для показа уровня транскрипции генов в различных типах клеток. Некоторые альтернативные антисмысловые структурные типы экспериментально применялись в качестве антисмысловой терапии. В Соединенных Штатах Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) одобрило фосфоротиоатные антисмысловые олигонуклеотиды fomivirsen (Vitravene) и mipomersen (Kynamro) для терапевтического использования у человека.
Ощущение РНК у вирусов
В вирусологии термин "смысл" имеет несколько иное значение. Геном вируса РНК может быть либо положительным, также известным как "плюс-цепочка", либо отрицательным, также известным как "минус-цепочка". В большинстве случаев термины "sense" и "strand" используются взаимозаменяемо, делая такие термины, как "позитивный strand" эквивалентным "позитивному смыслу", а "плюс strand" эквивалентным "плюс sense". Можно использовать вирусный геном в положительном или отрицательном смысле как основу для классификации вирусов.
Позитивный смысл
Положительная (5' - 3') вирусная РНК означает, что определенная последовательность вирусной РНК может быть непосредственно переведена в вирусные белки (например, те, которые необходимы для репликации вируса). Поэтому, в положительном смысле РНК-вирусов, вирусный РНК-геном может рассматриваться как вирусная мРНК, и может быть немедленно переведен клетками-хозяевами. В отличие от отрицательной чувственной РНК, положительная чувственная РНК имеет тот же смысл, что и мРНК. Некоторые вирусы (например, Coronaviridae) имеют положительные чувствительные геномы, которые могут действовать как мРНК и использоваться непосредственно для синтеза белков без помощи дополнительного промежуточного РНК. Из-за этого этим вирусам не нужно, чтобы РНК-полимераза была упакована в вирион, РНК-полимераза будет одним из первых белков, производимых клеткой-хозяином, поскольку она необходима для репликации генома вируса.
Негативный смысл
Отрицательная (3'- 5'-) вирусная РНК является дополнительной к вирусной мРНК, поэтому РНК положительного смысла должна быть произведена РНК-зависимой РНК-полимеразой из нее до трансляции. Как и ДНК, отрицательная РНК имеет нуклеотидную последовательность, дополняющую мРНК, которую она кодирует; также как и ДНК, эта РНК не может быть напрямую переведена в белок. Вместо этого, сначала его нужно транскрибировать в положительную РНК, которая действует как мРНК. Некоторые вирусы (например, вирусы гриппа) имеют отрицательные чувствительные геномы и поэтому должны нести РНК-полимеразу внутри вириона.
Олигонуклеотиды антисмыслового действия
Геновый сбой может быть достигнут путем введения в клетки короткого "антисмыслового олигонуклеотида", который является дополнением к РНК-мишени. Этот эксперимент был впервые проведен Замечником и Стивенсоном в 1978 году и по-прежнему остается полезным подходом как для лабораторных экспериментов, так и для потенциальных клинических применений (антисмысленная терапия). Несколько вирусов, таких как грипп, респираторно-синцитиальный вирус (RSV) и коронавирус SARS (SARS CoV), были атакованы с использованием антисенсовых олигонуклеотидов для ингибирования их репликации в клетках-хозяевах. Если антисмысловой олигонуклеотид содержит участок ДНК или имитатор ДНК (фосфоротиоатовую ДНК, 2′F ANA или другие), он может привлечь RNase H для деградации целевой РНК. Это делает механизм подавления генов каталитическим. Двухцепочечная РНК также может действовать как каталитический, ферментный антисенсовый агент через путь РНКi / siRNA, включая распознавание целевой мРНК через соединение чувствительной антисенсовой нити, за которым следует деградация целевой мРНК индукционным комплексом подавления РНК (RISC). Система R1 плазмидного хока/сока представляет собой еще один пример процесса антисмысловой регуляции, зависящего от фермента, посредством ферментативной деградации полученного дуплекса РНК. Другие антисмысловые механизмы не зависят от ферментов, но включают стерическое блокирование их целевой РНК (например, для предотвращения трансляции или для индукции альтернативного сплайсинга). Стерические блокирующие антисмысловые механизмы часто используют олигонуклеотиды, которые сильно модифицированы. Поскольку нет необходимости в распознавании RNase H, это может включать химические вещества, такие как 2′O алкил, пептидная нуклеиновая кислота (PNA), запертая нуклеиновая кислота (LNA) и олигомеры морфолино.