МикроРНК (miRNA) механизъм на действие и биологични функции
Тъй като miPHK участват в различни експресионни механизми, от един и същи тип до относително специфични за етапа и/или тъканно специфични, това предполага разнообразие от роли за техните гени, включително синхронизиране на развитието, пространствено определяне на клетките или физиологията на клетките и организма като цяло.
Точната картина на функционирането на miRNAs изисква подробна информация за техните пространствени модели на експресия и идентифициране на мутации, които нарушават тяхната функция.
РНК lin-4 и let-7 са две miPHK, които са генетично анализирани и чиито механизми и биологични функции са определени.
Интересното е, че други микроРНК гени не са открити в резултат на мутации по време на обичайната процедура за клониране на гени. Възможно е тези малки гени да са твърде малка мишена за мутагенеза и някои от тях могат да действат заедно с други miPHK с подобни последователности, което може да доведе до недостатъчното им представяне сред гените, идентифицирани чрез скрининг за видими фенотипове.
Въпреки това се смята, че поне някои от микроРНК гените са сред неклонираните генетични локуси, идентифицирани чрез мутации. Без да знаят за изобилието от miPHK и клониращи гени по фенотип, изследователите биха могли да пренебрегнат тези малки некодиращи последователности. Новите данни правят идеята за потенциални микроРНК гени доста разумна.
В тази връзка възникват много въпроси. Какъв е молекулярният механизъм на действие на микроРНК? Всички ли регулират генната експресия? Всички ли са транслационни репресори, като lin-4 и let-7 РНК? В същото време е необходиморазумно е да се има предвид потенциалното разнообразие от регулаторни функции на микроРНК.
Въз основа на примера на lin-4 и let-7, разумно е да се очаква, че други miPHK могат също да се сдвоят с комплементарни mRNA 3'-UTR последователности и да потиснат транслацията.
В случая на lin-4, транслацията от целеви иРНК (гени lin-14 и lin-28) се потиска в състоянието на асоциирането му с полирибозоми (Olsen and Ambros, 1999; Seggerson et al., 2002), което предполага блокиране на етапа след започване на транслацията. Въпреки това, други микроРНК може да не действат по същия начин като lin-4; освен това, някои от тях могат да регулират стабилността на иРНК, а не нейната транслация.
По принцип миРНК могат да имат както положителни, така и отрицателни ефекти върху генната експресия, в зависимост от това как сдвояването с миРНК влияе върху структурата и състава на иРНК рибонуклеопротеина (RNP). МикроРНК могат да се свързват с протеинови фактори и в резултат на това да взаимодействат със специфични иРНК или да действат като пазачи, които променят вторичната структура на иРНК и по този начин индиректно контролират свързването на други регулаторни фактори (фиг. 2).
Проучванията предполагат, че това е активността на lin-4, която индиректно потиска lin-28, отваряйки 3'-UTR на lin-28 за ефекта на независима репресивна активност, чийто молекулен механизъм остава да бъде изяснен (Seggerson et al., 2002).
В по-широк смисъл, вероятно трябва да се признае, че миРНК мишените не могат да бъдат сведени само до информационни РНК. Някои микроРНК могат да регулират активността на некодиращи РНК, вероятно дори други микроРНК. МикроРНК вероятно могат да функционират без чифтосванес целеви нуклеинови киселини, например чрез конкуриране с други РНК за свързване с протеини. Вероятно miRNA представляват широк спектър от RNP структурни елементи и в този смисъл те могат да бъдат потенциални транс-регулатори на биологични процеси, включващи РНК-РНК или РНК-протеинови взаимодействия (Фиг. 2).
Идентифицирането на регулаторните цели на всяка микроРНК е сложна, но важна задача за разбиране на генетичните механизми и биологичния контекст, което вероятно изисква комбинация от компютърни, биохимични и генетични подходи за решаването му.
Един от първите проблеми е, че всички параметри, които определят функционалното взаимодействие на микроРНК с мишената, все още са неизвестни и по този начин разработването на информационен подход трябва да бъде последвано от биохимично потвърждение на in vivo взаимодействия и генетични изследвания на функционални епистатични взаимодействия.
Идеите за взаимодействията на miPHK с техните мишени се формират на базата на lin-4 и let-7 РНК. Както за lin-4, така и за let-7, базовото сдвояване на miPHK и целта е прекъснато и се състои от две къси спирали. Такава топология вероятно е от решаващо значение за взаимодействието, водещо, в случая на lin-4 и let-7, до транслационна репресия без дестабилизация на иРНК. Непрекъсната спирала от 22 нуклеотида изглежда е ключът към задействане на РНК интерференция, последвана от разграждане на целта (Elbashir et al., 2001c). Следователно miRNAs като lin-4 и let-7 образуват прекъснати спирали с техните мишени, за да избегнат РНК намеса и да изпълнят други регулаторни режими.
Остава неясно дали микроРНК действително могат да действат като siRNA, образувайки непрекъснат двуверижен хибрид 22нуклеотид с целта и по този начин започва неговото разграждане. Защо miPHK са толкова малки и какви прогнози за тяхната биология могат да бъдат направени въз основа на малкия им размер?
Дължината (приблизително 22 нуклеотида) вероятно се дължи на ензимологията на протеина Dicer (Elbashir et al., 2001b). Въпреки че необработената (приблизително 70 нуклеотида) форма на miPHK може в някои случаи да има функционална активност, беше установено, че по-голямата част от функциониращите miPHKs са молекули с дължина 21-22 нуклеотида. Теоретично има повече от 10 на 13-та степен от 22 нуклеотидни последователности и по отношение на биологичната специфичност според взаимодействието Watson-Crick всяка miPHK има голям потенциал.
Колко допълнителна биологична информация може да се съдържа в 22 нуклеотида (освен специфичността)? Такава сравнително малка дължина вероятно не позволява включването, заедно с антисенс елементите, на сложни структурни елементи, отговорни за стабилността, вътреклетъчния транспорт и т.н. Следователно е възможно различни miPHK да използват един и същ протеинов (или рибонуклеопротеинов) комплекс за вътреклетъчен транспорт и защита от разграждане.