Häiritsevä RNA on yksi- tai kaksijuosteinen ribonukleiinihappo (RNA), jonka kanssa tapahtuvan interferenssin erityinen lähetti-RNA johtaa sen hajoamiseen ja lasku sen käännös proteiiniin. Siltä osin kuin RNA: lla on ratkaiseva rooli geenien ilmentämisessä , häiritsevä RNA mahdollistaa tämän ilmentymisen estämisen hiljentämällä tietyn geenin. Ilmiö löydettiin 1990-luvulla , ansaita Andrew Z. Palo- ja Craig C. Mello Nobelin fysiologian ja lääketieteen vuonna 2006 . Se olisi todennäköisesti evoluutiotuote, jonka avulla organismit voivat puolustautua vieraiden genomien, erityisesti viruksen genomien, sisäänpääsyä vastaan tai jopa antaa geeniekspressiota moduloida. Nisäkkäissä häiritsevän RNA: n on oltava noin 22 nukleotidiä spesifisen suhteen, muuten kaksisäikeisen RNA: n muodostuminen aktivoi antiviraalisen interferoni-immuunivasteen aiheuttaen kaikkien RNA: iden epäspesifisen hajoamisen.
RNA-häiriöitä havaittiin sattumalta: vuonna 1990 Jorgensen ja hänen yhteistyökumppaninsa yrittivät vahvistaa petunioiden violettia väriä tuomalla tähän kasviin pigmenttiä koodaavan vektorin. Yllättäen jotkut petuniat muuttuivat osittain tai kokonaan valkoisiksi, kun lisätty geeni katkaisi luonnollisen geenin. Vuonna 1994 Wassenegger osoitti, että kaksisäikeisen RNA: n vienti Arabidopsis thaliana -soluihin laukaisee vastaavan DNA: n metylaation. Tätä mekanismia kutsuttiin alun perin transkriptiogeenin hiljentämiseksi (TGS).
Vuonna 1998 Andrew Z. Fire ja Craig C. Mello osoittivat, että Caenorhabditis elegans- nematodin soluissa oli mahdollista vähentää erityisesti proteiinien ilmentymistä tuomalla niihin kaksijuosteinen RNA. Tätä ilmiötä kutsuttiin sitten RNA-häiriöksi. Häiritsevä RNA sitoutuu spesifisesti kohdelähetys-RNA: han (mRNA), mikä johtaa jälkimmäisen hajoamiseen ja siten vastaavan proteiinin ilmentymisen estoon. Nämä kaksi tutkijaa saivat2. lokakuuta 2006Nobelilla ja lääketieteen työstään.
Tämä RNA-interferenssimekanismi, joka todennäköisesti valittiin evoluution aikana keinoksi suojautua vieraiden, erityisesti virusten, genomien kulkeutumiselta, on ollut erittäin hyödyllinen ymmärtäessä tiettyjen geenien toimintaa nematodi C. elegansissa tai muissa organismeissa: tarkkailemalla fenotyyppi johtuvat häiriöt voidaan päätellä geenin toiminnan. Vuoteen 2001 asti tätä lähestymistapaa ei kuitenkaan ollut mahdollista käyttää nisäkässoluissa. Itse asiassa nisäkkäillä on kehittynyt erityinen antiviraalinen vaste: suurten kaksisäikeisten RNA: iden läsnäolo aiheuttaa interferonireitin aktivaation, joka johtaa solujen RNA: iden hajoamiseen niiden sekvenssistä riippumatta. Tämä hajoaminen johtaa tartunnan saaneen solun kuolemaan. Yritykset käyttää RNA-häiriöitä kuten nematodeissa johtivat siis tähän solukuolemaan ilman mitään spesifisyyttä.
Thomas Tuschlilla, silloisella Phillip A.Sharpin tutkijatohtorilla , oli kuitenkin vuonna 2001 merkittävä ajatus: kun otamme käyttöön pitkät kaksijuosteiset RNA: t C. elegansiin , havaitsemme, että pienet, lyhyet kaksisäikeiset RNA: t, 21 muodostetaan 25 emäsparia. Tiedämme nyt, että viipalointiproteiini Dicer tuottaa nämä pienet häiritsevät RNA: t . Tuschlin idea oli tuoda pienet häiritsevät RNA: t suoraan nisäkässoluihin. Tämä manipulaatio aiheutti RNA-häiriön käynnistämättä epäspesifistä interferonivastetta.
Tämän työn avaamat tärkeät näkökulmat ovat saaneet monet laboratoriot tutkimaan tätä mekanismia. Yleinen periaate on nyt selvitetty. Solussa läsnä olevat kaksijuosteiset RNA: t otetaan ensin tyypin III ribonukleaasilla, jota kutsutaan Diceriksi, "viipaleeksi". Tämä katkaisee kaksisäikeisen RNA: n 21-25 emäsparin välein. Dicer siirtää sitten pienet häiritsevät RNA: t (pRNA: t) suureen moniproteiinikompleksiin, RISC-kompleksiin ( RNA: n indusoima äänenvaimennuskompleksi ). Niin sanotun matkustaja- pRNA: n yksi säikeistä eliminoidaan, kun taas toinen (nimeltään “opas”) ohjaa RISC-kompleksin kohti mRNA: ita, joilla on sekvenssi, joka on komplementaarinen ohjaussäikeelle. Jos siRNA: n ja kohde- mRNA: n välinen täydentävyys on täydellinen, RISC-kompleksi katkaisee kohde-mRNA: n, joka sitten hajoaa eikä sen vuoksi enää transloitu proteiiniksi. Muutama ei-komplementaarinen emäs riittää pilkkoutumisen estämiseksi. Tämä mekanismi on sen vuoksi hyvin spesifinen pRNAi-sekvenssille ja sen kohteelle, mRNA: lle. Joissakin tapauksissa on mahdollista valita siRNA, joka pystyy pilkkomaan pistemutaatiota kantavan mRNA: n vaikuttamatta villityypin mRNA: han.
Vuonna 2006 yli 14 000 tieteellistä artikkelia viittasi tähän RNA-häiriötekniikkaan, mikä osoittaa tutkijoiden ylimääräisen kiinnostuksen sitä kohtaan. Käyttö pieniä häiritseviä RNA: ita tutkia geenin toiminnan nisäkkäillä on tullut hyvin muutaman vuoden perustekniikkaa, käytetään biologien kaikkien alojen. Tämä tekniikka kuuluu myös kasvibiotekniikan alaan uudenlaisten muuntogeenisten organismien luomiseksi .
Useiden vuosien ajan oli kehitetty muita tekniikoita, joiden tarkoituksena oli estää geenin ilmentyminen. Tunnetuin käyttö antisense , ribotsyymit , aptameerit, antisense oligonukleotidit. Kaikkiin näihin tekniikoihin verrattuna RNA-häiriöt ovat osoittautuneet sekä tehokkaammiksi että paljon joustavammiksi kohdesekvenssin valinnan kannalta ja teknisesti yksinkertaiset toteuttaa laboratoriossa, mikä selittää sen suuren suosion. Monet geenit yliekspressoituvat tai ilmentyvät väärässä paikassa tai väärään aikaan monissa patologioissa. Mahdollisuus estää nämä patologiset ilmentymät on tärkeä toivo näiden monien sairauksien, joista tärkeimpiä ovat syövät, hoidossa . On merkittävää nähdä, että alle viisi vuotta Tuschlin et ai. kliiniset tutkimukset ovat jo käynnissä ihmisillä silmäsairauksien (ikään liittyvä silmänpohjan rappeuma) ja tiettyjen virussairauksien (hengityselinten syncitiaalivirus) hoitamiseksi. Nämä testit eivät ole toistaiseksi paljastaneet mitään erityistä toksisuutta ja osoittaneet hyvää tehokkuutta, mikä on rohkaisevaa, mutta se on vahvistettava laajemmilla kokeilla.
Geenien vaimentaminen häiritsevällä RNA: lla on tutkimuksen kohteena ja sitä käytetään jo synteettisten torjunta-aineiden korvaamiseen .
RNA-häiriöt mahdollistavat geenien toiminnan tutkimisen, avaavat tärkeitä terapeuttisia näkökulmia ja ovat myös avanneet valtavan tutkimusalueen pienille ns. Koodaamattomille RNA: ille . Tiedämme nyt, että vain 2% DNA: sta koodaa, toisin sanoen se sisältää tiedot, joiden avulla voidaan määrittää aminohappojen järjestys proteiinissa. Tiesimme tiettyjen DNA: n koodaamattomien alueiden, kuten kromosomien päissä olevien telomeerien , sentromerien ja sekvenssien toiminnan, jotka mahdollistavat geenin ( promoottori ja tehostajat ) transkription säätämisen . DNA: sta transkriptoitujen RNA: iden tunnistamiseen käytetyt tekniikat olivat tarkoituksella eliminoineet pienet RNA: t, joita pidettiin hajoamistuotteina tai elementteinä, joilla ei ollut juurikaan kiinnostusta. Tämä näkemys genomimme organisaatiosta muuttuu perusteellisesti.
Pienten häiritsevien RNA: iden (pRNA: iden) , jotka ovat pidemmän DNA: n RNA-pilkkoutumisen tuotteita, tunnistaminen on osoittanut, että RNA-interferenssin koneisto on läsnä kaikissa soluissamme ja että se auttaa säätelemään hyvin hienosti. Luonnolliset efektorit ovat pieniä RNA: ita, jotka ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin siRNA: t, joita on kutsuttu mikroRNA: ksi (miRNA: t) . Nämä miRNA: t, jotka ovat noin kaksikymmentä nukleotidia pitkiä, transkriptoidaan DNA: stamme , jonka pRNA- koneisto ottaa vastuulleen ja tunnistavat solun lähettimen RNA: t, joiden ilmentymistä ne estävät. Inhibition mekanismi voi johtua joko mRNA: n pilkkomisesta, kuten siRNA : iden tapauksessa , tai mRNA: iden translaation estämisestä proteiineiksi. Yli 400 miRNA: ta, eri sekvenssejä, tunnistettiin vuoden 2006 lopussa, ja niiden katsotaan todennäköisesti säätelevän yli 10% geeneistä. MRNA voi sitoa useita miRNA: ita ja päinvastoin miRNA voi sitoa erilaisia mRNA: ita.
Häiritsevien RNA: iden viimeaikainen historia osoittaa, kuinka mahdotonta on ennustaa löytöjen polkua ja suunnitella tutkimusta. Petunioista tehty havainto johti hyvin lyhyessä ajassa erittäin perustavanlaatuisten geeniekspressiomekanismien päivittämiseen, niin perustavanlaatuiseen, että ne on säilynyt kasveista sukkulamatoihin , Drosophilaan ja nisäkkäisiin. Tämä satunnainen löytö antoi mahdollisuuden kehittää pieniä häiritseviä RNA: ita (pRNAi) , tehokkaita työkaluja geenien toiminnan leikkaamiseen ja huomenna niiden patologisen ilmentymisen korjaamiseen. RNA: n käytön häiriöitä on erityisesti johtanut erilaisten maniokki ilman syanidia ( linamarin ) tai lajikkeiden papaija resistenttejä viruksia . Monet tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että RNA-häiriöt ovat työkalu, joka mullistaa tutkijoiden käytännön aivan kuten polymeraasiketjureaktio (PCR) mullisti DNA: n tutkimuksen omana aikanaan.