Niekodujące RNA

Niekodujące RNA

&

&

Terapeutyczne kwasy

Terapeutyczne kwasy

nukleinowe

nukleinowe

Barbara Licznerska, 2009

Niekodujące RNA (ncRNA)

•

tRNA

•

rRNA

•

snRNA

•

snoRNA

•

miRNA

•

siRNA (np. rasiRNA, tasiRNA)

•

piRNA

•

(rybozymy)

Regulacja ekspresji genów



Prokariota

-

dominują w genomie sekwencje

kodujące białka (80-95%)

-

głównie model operonu



Eukariota

-

dominują sekwencje „niebiałkowe”

-

ncRNA istotne w regulacji

1) snoRNA



small nucleolar RNA (małe jąderkowe RNA)



długość 60-300 nt



większość kodowana przez introny



dwie główne klasy:

-

box C/D snoRNA

-

box H/ACA snoRNA



rola: modyfikacje rRNA

2) snRNA



small nuclear
RNAs

(małe jądrowe

RNA)



splicing

3) mikroRNA (miRNA)



1-niciowa struktura



21-23 nt



struktura niedojrzała tworzy
struktury „spinki do włosów”

Sposób działania miRNA

1)

Regulacja ekspresji genów

a.

nukleolityczna degradacja mRNA

b.

transkrypt bez zmian, zahamowana
translacja

2)

Wyciszanie ekspresji genów

a.

degradacja transkryptu

b.

zahamowanie translacji

Rola miRNA -

przykłady



rozwój i dojrzewanie osobników



różnicowanie komórek macierzystych



segregacja chromosomów



profil ekspresji genów poszczególnych tkanek



kontrola namnażania komórek



kontrola apoptozy



udział w przekazywaniu sygnałów ?



udział w mechanizmie obrony przed wirusami
?

Zastosowanie miRNA

(przykład)

określanie profilu ekspresji miRNA
w tkance nowotworowej:
->diagnostyka
-> prognozowanie
-> leczenie nowotworów



np. miR-15 i miR-16 w przebiegu

przewlekłej białaczki limfocytowej

4) Interferujące RNA (siRNA)



short interfering RNA
(krótkie interferujące RNA)



długość 23-27 nt



niedojrzała postać 2-niciowa



niesparowane dwa nt na końcu 3’



brak struktury „spinki do włosów”



egzo i endogenne

rasiRNA



repeat-associated RNA

(siRNA związane z sekwencjami powtórzeniowymi)



główna klasa

siRNA



kodowane głównie przez sekwencje
heterochromatynowe obszarów
centromerowych i telomerowych



kompleks RITS zamiast RISC

tasiRNA



trans-acting RNA (siRNA działające in
trans)



długość ok. 21 nt



dot.

ROŚLIN

(jak dotychczas)



jako jedyne

siRNA

wpływają na

ekspresje innych genów niż te, z
których się wywodzą

Eur J Biochem 270, 1628, 2003

Mechanizm

działania

siRNA

Mechanizm interferencji RNA
(RNAi)

miRNA

&

siRNA

5) piRNA



PIWI-interacting RNA



długość 26-31 nt, struktura I rzęd.



przepisywane w postaci długich
transkryptów; dojrzewanie dzięki
nukleazom z rodziny RNazy III



rola …

Gene: 386 (2007) 1-10

Gene 386 (2007) 1-10

Gene 386 (2007) 1-10

Gene 386 (2007) 1-10

ANIMACJE



http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n2/
animation/nrg0201_110a_swf_MEDIA1.ht
ml



http://www.nature.com/focus/rnai/animati
ons/index.html

INNE ŹRÓDŁA



dotychczas opisane miRNA:

http://microrna.sanger.ac.uk



znane sekwencje genów małych ncRNA:

http://research.imb.uq.edu.au/RNAdb

TERAPEUTYCZNE

KWASY NUKLEINOWE

TFO

antysensowne oligonukleotydy

rybozymy

egzogenne siRNA

aptamery

ZAHAMOWANIE EKSPRESJI GENU

I FUNCKJI BIAŁKA

Eur J Biochem 270, 1628,
2003

TFO

Aptamer

Oligonukleo
tyd

antysensow
ny

Rybozy
m

siRNA

Białk
o

lek

zahamow
.
translacj
a

1. Oligonukleotydy

ANTYGENOWE (TFO)

Jednoniciowe kwasy nukleinowe,

które blokują transkrypcję danego

białka poprzez wiązanie się z

komplementarną

dla niego sekwencją DNA

(blokują tzw. matrycę danego białka),

tworząc tzw. triplet

TFO – triplet forming oligonucleotides

2. Oligonukleotydy

ANTYSENSOWNE (ASO)

Jednoniciowe kwasy nukleinowe,

które blokują translację danego

białka poprzez wiązanie się z

komplementarną dla niego

sekwencją mRNA

Eur J Biochem 270, 1628,

2003

MECHANIZ

M

DZIAŁANIA

ASO

Przyłączenie
RNazy H

RNaza H

antysensowny oligonukloetyd

chimeryczny

Zahamowanie translacji

Rybosom

antysensowny
oligonukleotyd

Mechanizm działania ASO

inhibicja mRNA poprzez:

* hamowanie transportu mRNA z

jądra

* hamowanie splicingu
* zahamowanie translacji

poprzez:
- zawada przestrzenną

- aktywację RNazy H

3. Rybozymy

katalityczne cząsteczki RNA

rozkładające docelowe RNA

lub

naprawiające zmutowane

komórkowe RNA

Mechanizm działania

rybozymów

DZIAŁANIE
RYBOZYM
U

Rybozymy typu
„hammerhead”

* małe, specyficzne, prosty mechanizm

rozszczepiania

* skuteczniejsze od ASO???
– wydajność
– stała inaktywacja genu
– niższe stężenia terapeutyczne
– specyficzność

4. siRNA

Dwuniciowe, krótkie kwasy

nukleinowe, powodujące

enzymatyczny rozkład mRNA, wobec

którego komplementarna jest nić

antysensowna siRNA

Mechanizm działania

egzogennego siRNA

tzw. potranskrypcyjne wyciszanie genów = PTGS

5. Aptamery

Jedno- lub dwu-niciowe kwasy

nukleinowe (DNA lub RNA),

których trójwymiarowa struktura

umożliwia selektywne rozpoznawanie

różnych cząsteczek, np. białek

PROCES IDENTYFIKACJI APTAMERÓW