нкРНК. Анализ текста.
Не все гены кодируют белок. Продуктами некоторых генов являются только молекулы РНК: например, рРНК и тРНК. Такие РНК получили название «некодирующие РНК» (нкРНК). На самом деле, генов нкРНК очень много: примерно столько же, сколько генов белков, а, возможно, даже больше. Например, в геноме человека содержится около 25 000 генов белков и, вероятно, не меньшее число генов нкРНК. Эти РНК обладают удивительным разнообразием функций. Одним из самых больших классов нкРНК являются т.н. микроРНК. У человека их уже известно около 2000, и продолжают обнаруживаться новые. Это короткие нкРНК длиной 21-22 нуклеотида. Они кодируются в геноме в составе более длинных некодирующих генов-предшественников, а также могут располагаются в интронах генов белков. После транскрипции РНК-полимеразой II участок РНК-предшественника, содержащий микроРНК, образует вторичную структуру длиной примерно 60 нуклеотидов, напоминающую шпильку. Эту шпильку (ее называют премикроРНК) узнает и вырезает ядерный белок Drosha. Затем пре-микроРНК с помощью белка Exportin 5 транспортируется из ядра в цитоплазму, где ее узнает белок Dicer, который обрезает ее с другой стороны. Образовавшийся короткий 21-22 н. дуплекс присоединяется к белку с красивым названием Аргонавт (Ago), после чего одна из цепей разрушается, а вторая - зрелая микроРНК- остается в комплексе с Ago. МикроРНК в составе этого комплекса может узнавать комплементарные участки иРНК и связываться с ними. В случае, если комплементарность между микроРНК и иРНК полная, белок Ago разрезает иРНК. Таким образом, синтез белка с этой иРНК прекращается, а миРНК-Ago могут ассоциировать с новой иРНК, разрезая и ее: цикл повторяется вновь и вновь. Однако у животных почти всегда комплементарность между микроРНК и иРНК неполная. В этом случае белок Ago не способен разрезать иРНК, но с ним связываются белки, осуществляющие угнетение трансляции и последующую деградацию иРНК, которая происходит намного менее эффективно, чем в первом случае (см. рисунок). Таким образом регулируется не менее 2/3 всех генов белков человека. То есть для большей части белков у клетки есть своего рода цифровой ключ, с помощью которого можно индивидуально регулировать интенсивность синтеза каждого белка.
За открытие этого механизма, получившего название РНК-интерференция, ученым Крейгу Меллоу и Эндрю Файру в 2006 г. была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине. Это открытие произвело настоящую революцию в понимании регуляции работы генов и в методах изучения клетки. Были разработаны и в настоящее время широко используются т.н. сиРНК (siRNAs, small interfering RNAs – малые интерферирующие РНК) – РНК размером 22 нуклеотида, полностью комплементарные фрагменту выбранного гена. При добавлении в клетку они образуют комплекс с белком Ago, связываются с иРНК-мишенью, которая затем разрезается белком Ago. Один такой комплекс Ago-сиРНК может разрезать много иРНК, что эффективно подавляет трансляцию иРНК выбранного гена. Теперь у ученых есть очень тонкий инструмент, позволяющий изучать функции отдельных белков в клетке.
1. Выберите варианты, верно описывающие последовательность событий, происходящих в ходе созревания микроРНК.
А. Транскрипция гена микроРНК РНК-полимеразой II - транспорт пре-микроРНК в цитоплазму c помощью белка Exportin 5 - вырезание пре-микроРНК белком Drosha - разрезание Dicer - ассоциация микроРНК-дуплекса с белком семейства Ago - разрушение одной цепи дуплекса - комплементарное взаимодействие связанной с Ago зрелой микроРНК с иРНК-мишенью - репрессия трансляции иРНК - разрушение поли(А)- последовательности на 3'-конце иРНК - разрушение кэпа и деградация иРНК
Б. Транскрипция гена микроРНК РНК-полимеразой II - вырезание пре-микроРНК белком Drosha - транспорт пре-микроРНК в цитоплазму c помощью белка Exportin 5 - разрезание Dicer - ассоциация микроРНК-дуплекса с белком семейства Ago - разрушение одной цепи дуплекса - комплементарное взаимодействие связанной с Ago зрелой микроРНК с иРНК-мишенью - репрессия трансляции иРНК - разрушение поли(А)- последовательности на 3'-конце иРНК - разрушение кэпа и деградация иРНК
В. Транскрипция гена микроРНК РНК-полимеразой II - вырезание пре-микроРНК белком Drosha - разрезание Dicer - комплементарное взаимодействие связанной с Ago зрелой микроРНК с иРНК-мишенью - ассоциация микроРНК-дуплекса с белком семейства Ago - репрессия трансляции иРНК - разрушение поли(А)-последовательности на 3'-конце иРНК и деградация иРНК
Г. Транскрипция гена микроРНК РНК-полимеразой II - вырезание пре-микроРНК белком Drosha - разрезание Dicer - ассоциация микроРНК-дуплекса с белком семейства Ago - комплементарное взаимодействие иРНК-мишени с комплексом одноцепочечная микроРНК-Ago - репрессия трансляции иРНК - деградация иРНК
Д. Транскрипция гена микроРНК РНК-полимеразой II - вырезание пре-микроРНК белком Drosha - транспорт пре-микроРНК в цитоплазму c помощью белка Exportin 5 - разрезание Dicer - ассоциация микроРНК-дуплекса с белком семейства Ago - разрушение одной цепи дуплекса - комплементарное взаимодействие связанной с Ago зрелой микроРНК с иРНК-мишенью - разрушение поли(А)-последовательности на 3'-конце иРНК - репрессия трансляции иРНК - разрушение кэпа и деградация иРНК
2. В отличие от микроРНК, сиРНК для успешного функционирования не нужно взаимодействовать с:
3. У вас есть фрагмент гена, к которому вы хотите подобрать сиРНК: 5'AGCCCTAGTGGGATCCAGTTTCGGA 3' (в соответствиями с общепринятыми правилами последовательность гена приведена в направлении от 5'-конца к 3'- концу). Выберите из приведенных ниже все правильные последовательности сиРНК.
4. Известно, что при введении в клетку сиРНК уменьшается не только синтез белка с иРНК-мишени, но и изменяется интенсивность синтеза десятков других белков (и увеличивается, и уменьшается). С чем это связано?
5. Онкологические заболевания (рак) - это заболевания, связанные с неконтролируемым делением и ростом клеток и выключением механизмов гибели мутировавших клеток. Известно, что мутации в микроРНК могут приводить к развитию онкологических заболеваний. Мутации в каких из перечисленных микроРНК могут повышать риск развития онкологических заболеваний? Выберите наиболее подходящие ответы.