siRNA (малка интерферираща РНК) — дефиниция и роля в РНК интерференцията
siRNA (малка интерферираща РНК) — дефиниция и роля в РНК интерференцията: как 20–25 нуклеотидни молекули потискат гени, регулират експресията и действат като антивирусен механизъм.
Малката интерферираща РНК (siRNA) е клас двойноверижни РНК молекули с дължина 20-25 базови двойки.
СиРНК играе много роли, но най-значима е в пътя на РНК интерференцията (РНКи), където пречи на експресията на определени гени. Гените се повлияват само ако имат нуклеотидни последователности, допълващи се с тези на сиРНК.
СиРНК функционира, като разгражда мРНК след транскрипцията. Това предотвратява транслацията на гена в белтък. siRNA действа и по пътища, свързани с РНК, например като антивирусен механизъм или при оформянето на хроматиновата структура на генома. Сложността на тези пътища едва сега се изяснява.
Произход и биогенеза
В клетките siRNA обикновено възникват от дълговерижни двойноверижни РНК (dsRNA) или от предшественици като шорт харп (shRNA). Ендонуклеазният ензим Dicer разрязва тези по-дълги dsRNA на малки ~20–25 нуклеотидни фрагменти, които често имат 2-нуклеотидни 3' надвеси. Получените двойноверижни siRNA се натоварват в комплекси, които ще ги активират за насочване към мишените.
Механизъм на действие
Една от двете вериги на siRNA се избира за водач (guide strand), а другата — като пасажер (passenger strand) — се отстранява или разгражда. Водачът остава в мултипротеиновия комплекс RISC (RNA-induced silencing complex), чиято ключова ензимна компонента е протеин от семейството на Argonaute. Когато водачът на siRNA се допълва точно до съответстваща мРНК, Argonaute (в някои случаи с каталитична активност, напр. AGO2) разрязва целевата мРНК между нуклеотидите, намиращи се приблизително на позиция 10–11 от 5' края на водача, което води до бързо разграждане на мРНК и загуба на протеинна експресия.
Функционални роли
- Потискане на генната експресия чрез разграждане на мРНК (пост-транскрипционно потискане).
- Антивирусна защита в растенията и безгръбначните — разпознаване и разрязване на вирусни dsRNA.
- Епигенетична регулация — в някои организми siRNA може да насочва модификации на хроматина и ДНК метилиране, което води до потискане на транскрипцията на целеви участъци.
- Инструмент в изследванията — прилагане за „изключване“ на гени в клетъчни линии и модели за разбиране на функцията им.
Разлики между siRNA и miRNA
Макар siRNA и microRNA (miRNA) да споделят общи компоненти на машината за РНК-интерференция, те имат различия: siRNA обикновено произхождат от екзогенни или изкуствено въведени двойноверижни РНК и взаимодействат с целеви мРНК с почти пълна комплементарност, което води до директно „рязанe“. miRNA са ендогенни, често имат непълна комплементарност към множество целеви мРНК и предимно потискат транслацията и/или стимулират деградацията чрез други пътища.
Приложения и терапия
siRNA се използват широко в лабораторни изследвания за генен „нукдаўн“ и за валидация на биомаркери. В медицината са разработени и одобрени няколко терапевтични препарата, базирани на сиРНК, насочени към специфични чернодробни и други таргети — примерите включват patisiran (за наследствена транстиретинова амилоидоза) и други клинично одобрени или в напреднал етап на разработка лекарства. Ключово предизвикателство е доставката на siRNA до целевите тъкани; за това се използват липидни наночастици (LNP) и химични конюгати (например GalNAc за насочване към черния дроб).
Проблеми и оптимизация
При терапевтичната употреба трябва да се има предвид рискът от оф-търгет ефекти (нежелано потискане на други гени), стимулиране на вроден имунен отговор (чрез рецептори като TLR3, RIG-I) и бърза деградация в организма. За да се подобрят стабилността, ефикасността и безопасността на siRNA, се прилагат химични модификации (например 2'-O-метил, 2'-флуоро, фосфоротиоатни връзки) и оптимизирани дизайни за намаляване на несъвършените базови съвпадения.
Заключение
siRNA са мощни молекули за тръгване към специфично потискане на генната експресия и имат широк обхват от биологични роли — от клетъчна защита срещу вируси до оформяне на хроматинови промени. Техният механизъм чрез РНК интерференция е добре изучен, но практическото приложение, особено в терапията, изисква внимателно оптимизиране на дизайн, доставка и безопасност.
Посредничество при РНК интерференция в култивирани клетки на бозайници.
Въпроси и отговори
В: Какво е siRNA?
О: Малката интерферираща РНК е вид двойноверижна РНК молекула, която е дълга около 20-25 базови двойки.
В: Каква е най-важната роля на siRNA?
О: Най-значимата роля на siRNA е в пътищата на РНК интерференция (RNAi), където тя нарушава експресията на определени гени.
В: Как сиРНК влияе на гените?
О.: Засягат се само гени с нуклеотидни последователности, които допълват тези на сиРНК.
Въпрос: Каква е функцията на сиРНК при разрушаването на мРНК?
О: Нейната функция е да разгражда мРНК след транскрипция, като по този начин предотвратява транслацията на гена в протеин.
В: Освен по пътя на РНКи, къде още действа сиРНК?
О: СиРНК действа в пътища, свързани с РНКи, като антивирусен механизъм или при оформяне на хроматиновата структура на генома.
В: Каква е сложността на пътищата, в които участва сиРНК.
О: Сложността на тези пътища едва сега се изяснява.
В: Какви са последиците от сложността на пътищата, в които участва сиРНК?
О: Това показва, че ролята и функциите на siRNA може да са повече, отколкото е известно в момента, и са необходими повече изследвания, за да се разбере по-добре.
обискирам