49. Мікро-рнк та їх участь в регуляції експресії генетичної інформації. Рнк-інтерференція.

Гетерохроматин утворюється в першу чергу на послідовностях ДНК, що повторюються. Причому має значення не послідовність як така, а саме наявність повторів. Виявляється, що у формуванні та підтриманні гетерохроматинового стану повторів (принаймні у центромерах) важливу роль відіграє процес так званої РНК-інтерференції (RNAi – RNA interference).

Взагалі процес РНК-інтерференції запускається будь-якою дволанцюговою РНК (dsRNA – double stranded RNA). Дволанцюгова РНК стає субстратом для РНКази, яка отримала назву Dicer (рис. 6.28): Dicer розрізає молекулу на дволанцюгові фрагменти довжиною 19-21 пари основ (по 2 нуклеотиди залишаються неспареними на кінцях). Ці фрагменти, які позначають як siRNA (short interfering RNA), можуть бути ампліфіковані РНК-залежною РНК-полімеразою (RdRP – RNA depended RNA Polymerase). Вони зв'язуються з кількома білками, утворюючи комплекс RISC (RNA Induced Silencing Complex). Один з білків має РНК-геліказну активність і розводить 2 ланцюги siRNA. Один з ланцюгів здійснює комплементарне спарювання з ділянкою мРНК, що синтезується у процесі транскрипції (звичайно, вихідна dsRNA має співпадати за послідовністю з кодуючою частиною даного гена), спрямовуючи туди RISC. Один з компонентів комплексу – РНК-аза Slicer – здійснює деградацію транскрипту. Крім того, RISC може індукувати активність RdRP для синтезу комплементарного ланцюга РНК на мРНК (чи її частині) у якості матриці. Відновлена дволанцюгова РНК буде знов підтримувати інактивацію гена шляхом інтерференції. Отже, хоча транскрипція відбувається, реалізується посттранскрипційне вимкнення гена (PTGS – posttranscriptional gene silencing).

РНК-інтерференція широко використовується останнім часом як дослідницький інструмент (за схемою на рис. 6.28): достатньо ввести в клітину синтетичну дволанцюгову РНК, послідовність якої ідентична послідовності певного гена, щоб запустити процес інтерференції, вимкнути ген і, таким чином, з'ясувати його функцію.

У клітині РНК-інтерференція є однією з систем негативної регуляції експресії генів через використання так званих мікроРНК (miRNA). Активація генів мікроРНК (200-300 генів у геномі людини, які транскрибуються РНК-полімеразою ІІ) призводить до синтезу молекул РНК, що містять дволанцюгові шпильки. Ці шпильки (довжиною 25-35 пар основ) вирізаються нуклеазою і стають субстратом для Dicer. Результуюча дволанцюгова мікроРНК є аналогом siRNA: один з її ланцюгів є комплементарним до ділянки мРНК певного білкового гена, молекула мікроРНК зв'язується з білками RISC і спрямовує їх до мРНК-мішені. Результатом взаємодії з мРНК може бути її посттранскрипційна деградація (більш характерно для рослин), зупинка білкового синтезу (більш характерно для тварин – у цьому випадку взаємодія з мРНК відбувається у цитоплазмі), а також рекрутування до хроматину гістон-метилтрансфераз із наступною репресією даного гена. Дещо подібне відбувається і у гетерохроматині.

Участь РНК-інтерференції у підтриманні герехроматинового стану центромер ілюструє рис. 6.29. При порушенні компактизації на центромерних повторах може відбуватися спонтанна транскрипція у різних напрямах. Оскільки матрицею є повтори, існує висока ймовірність синтезу комплементарних молекул РНК: утвориться дволанцюгова РНК, яка запустить процес інтерференції. Крім деградації транскриптів, інтерференція має інший наслідок: RISC, який опиняється в зоні повторів, рекрутує до хроматину гістон-метилтрансферазу, що здійснює метилювання Lys9 гістона Н3. За вже відомою схемою (рис. 6.25, 6.26) відбувається зв'язування НР1 та компактизація гетерохроматину