Transcript si RNA

Nekódující RNA
Radim Černý
Přednáška pro 14. vědecko-pedagogickou konferenci učitelů
biochemických oborů lékařských fakult v ČR a SR
30.5.2013
Journal of Experimental Medicine 79 (2): 137–158 (1944)
Od DNA
k proteinu
© Espero Publishing, s.r.o.
GENOM
TRANSKRIPTOM
PROTEOM
DNA
RNA
Protein
Typy RNA
mRNA – (messenger RNA) – vzniká transkripcí genů
kódujících proteiny. Základní funkcí je umožnit
vznik proteinu.
rRNA – (ribosomální RNA) – vzniká transkripcí specifických
genů. Má strukturní a enzymatickou úlohu. Spolu se
specifickými proteiny tvoří ribosomy, v nichž je mRNA
překládána do proteinu.
tRNA – (transferová RNA) – vzniká transkripcí specifických
genů. Funguje jako adaptor mezi mRNA a
aminokyselinami v průběhu biosyntézy proteinu.
Syntéza
proteinu
v eukaryontní
buňce
© Espero Publishing, s.r.o.
Struktura dvou lidských genů
ukazující uspořádání exonů a intronů
© Espero Publishing, s.r.o.
Alternativní sestřih α-tropomyosinového genu
u krys
© Espero Publishing, s.r.o.
TYPY RNA II
• Malé jaderné RNA - skupina RNA s omezeným
počtem nukleotidů (řádově 100) mající regulační,
respektive enzymatickou funkci (U1 – U6):
- malé jaderné RNA (snRNA; odvozeno od small
nuclear RNA)
- malé jadérkové RNA (snoRNA; odvozeno od small
nucleolar RNA).
Vedle toho RNA v „SRP“ (signal recognising particle) –
rozpoznává „signal peptide“ v nově tvořeném proteinu a
zajistí vstup proteinu do endoplasmatického retikula)
RNA editing
James D. Watson: „Anything!“
Nobel Prize in Medicine or Physiology 2006
"for
their discovery of RNA interference - gene
silencing by double-stranded RNA"
Craig C. Mello
Andrew Z. Fire
si RNA (silencing – interfering)
dsRNA se váže na „DICER“(RNasa)
Ta štěpí dsRNA na menší fragmenty
Jednovláknové RNA fragmenty jsou
součástí „RISC“ komplexů
(RNA Induced Silencing Complex)
Jednovláknová RNA v rámci RISC zajistí
vazbu na komplementární úsek mRNA
mRNA je rozštěpena a tvorba příslušného
proteinu je zablokována
Vznik miRNA
MicroRNA
MicroRNAs are produced from either their own genes or from introns
Ovlivnění exprese onkogenů a tumorsupresorových genů prostřednictvím miRNA
(Kulda V. a spol. – Ústav lékařské chemie a biochemie LF UK v Plzni)
miR-21 a miR-143 ovlivňují:
Onkogeny:
ABL2, ETV6, AFF1, TET1, ERBB3, MAF,
RAB11, CBL, MYBL2, PLAG1, SKI, CDK6
Tumor-supresorové geny:
TMEM127, SMAD3, DAPK1, PHF14, LIFR,
PDCD4
Další mikroRNA současně studované:
miR 30c, miR200c, miR214
Kvantifikace mi RNA
Competing endogenous RNA
(ce RNA)
Pseudogenes (ψ)
Beta – globin gene family
Alpha –globin gene family
Phosphatase and tensin homolog (PTEN)
„NATs“
Natural Antisense Transcripts
James D. Watson: „Anything!“
DĚKUJI ZA POZORNOST !
RNA interference
Funkce miRNA
• Funkce miRNA zřejmě spočívá v regulaci genů a
jejich exprese. Molekuly miRNA jsou částečně
komplementární k určitým molekulám mRNA
vyskytujícím se v buňce a jsou schopné regulovat
(konkrétně snižovat) tímto výrobu proteinů, které
tyto mRNA kódují.
• Živočišná miRNA vykazuje komplementaritu
obvykle k regionu 3' UTR (nekódující část mRNA,
ale vykonávající některé jiné regulační funkce
vztahující se k dané molekule mRNA), zatímco
rostlinná miRNA je komplementární ke kódujícím
regionům messenger RNA.
RNA interference
• Degradace mRNA může být také
zprostředkovaná prostřednictvím malých
interferenčních RNA (siRNA) anebo mikro
RNA (miRNA). Tento způsob inaktivace
mRNA se nazývá RNA interference
(RNAi) anebo RNA umlčování (RNA
silencing).
miRNA ( micro RNA)
• jsou jednovláknové řetězce nekódující RNA o
délce 21-23 nukleotidů, které se podílí na regulaci
genové exprese.
• miRNA vznikají transkripcí z genů v DNA, ale
následně nedochází k jejich translaci v protein.
• Namísto toho se každý primární transkript miRNA
(tzv. pri-miRNA) páruje s některými vlastními
komplementárními bázemi a nakonec se mění na
plně funkční miRNA.
Degradace mRNA
• Degradace mRNA patří mezi nejdůležitější
součásti regulace genové exprese.
• Protože RNA může být překládána opakovaně,
ovlivňuje délka života mRNA v buňce množství
proteinu, které z ní může být přeloženo. Každá
molekula mRNA je nakonec degradována na
jednotlivé nukleotidy, ale délka existence se
mezi jednotlivými druhy mRNA liší.
Degradace mRNA II
• Tyto odlišné doby života jsou signalizovány
nukleotidovými sekvencemi v samotné RNA,
nacházející se většinou mezi 3´-koncem kódující
sekvence a poly(A)-koncem, v části zvané 3´nepřekládaná oblast. Odlišná délka existence
různých RNA pomáhá buňce regulovat množství
jednotlivě vznikajících proteinů.
• Eukaryotické buňky jsou schopny degradovat také
mRNA, které jsou určitým způsobem poškozeny.
Tento kontrolní mechanismus (anglicky se nazývá
nonsense-mediated mRNA decay; NMD)
VÝZNAM miRNA
• Špatná funkce či regulace miRNA může
způsobit v některých případech vážné choroby.
Proto je miRNA v centru pozornosti vědců a její
výzkum je velmi žádán.
• Dnes se hledají léky na bázi miRNA, které by
pomáhaly například při onemocněních rakovinné
povahy a nemocech kardiovaskulární a nervové
soustavy.
VÝZNAM miRNA II
• Některé studie (Nature 435,2005) zjistily, že pokud
jsou myši uměle modifikovány tak, aby produkovaly
nadměrné množství proteinu c-myc, umírají na
lymfom mnohem dříve, pokud ale jejich buňky
produkují zvýšené množství miRNA, přežívají 2x
déle.
• V jiné studii (Nature 451, 2008) týkající se Ca prsu a
jeho metastáz ze 453 identifikovaných miRNA jich
bylo 179 přítomno ve zvýšeném množství v jedné z
testovaných metastazujících linií. Naopak 8 miRNA
bylo v metastazujících liniích ve sníženém množství,
zvýšení jejich exprese zpomalilo tvorbu metastáz.
VÝZNAM miRNA III
• Jiný výzkum prokázal, že miRNA se podílí na
regulaci proteinu E2F1, který má roli v proliferaci
buněk. V tomto případě se miRNA váže na
mRNA a brání tím translaci. Je také možné na
základě měření aktivity několika stovek genů
kódujících miRNA u pacientů trpících nádorovým
bujením zjistit, o jaký typ rakoviny se jedná a z
jaké tkáně rakovina vznikla.
VÝZNAM miRNA IV
• Je zřejmé, že miRNA má značný vliv i na
činnost srdce. Exprese genů pro miRNA
se u lidí s poruchami srdeční činnosti
značně odlišuje od zdravých lidí. Zřejmé je
to zejména v případě kardiomyopatie, ale i
v případě embryonálního vývoje srdce,
poruch vývoje (hypertrofie) a podobně.
Klinická studie
Degenerativní změny sítnice
Společnost Acuity Pharmaceuticals
vyvinula siRNA pod názvem Cand5 ,
která má shodnou sekvenci s genem
pro VEGF faktor
MicroRNA
TYPY RNA
• mRNA (messenger RNA) - vzniká transkripcí
strukturních genů. Základní funkce je umožnit vznik
příslušného proteinu.
• rRNA (ribozomální RNA) - vzniká transkripcí
ribozomálních genů. Má strukturní a enzymatickou
úlohu. Tvoří jádro ribozomů, na kterých je mRNA
překládána do proteinu
• tRNA (transferová RNA) - představuje produkt genů
pro tRNA, který se používá při syntéze proteinů jako
adaptor mezi mRNA a aminokyselinami.
si RNA
GENOM
TRANSKRIPTOM
PROTEOM
DNA
RNA
Protein
Od DNA
k proteinu
© Espero Publishing, s.r.o.
Přirozené a „umělé“ využití siRNA“:
A: Obrana proti RNA virům
B: Přirozená regulace genové exprese
C: Umělá regulace „na míru“