ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И БИОГЕНЕЗ МИКРО-РНК

Современное десятилетие характеризуется появлением огромного количества научных исследований, посвященных роли малых молекул микро-РНК в канцерогенезе. Семейство генов микро-РНК состоит не более 1% от всего генома человека.

Молекула микро-РНК представляет собой 21-нуклеотидную цепь, которая участвуют в большом количестве генетических регуляторных механизмах живых организмов. Выявлена ключевая роль микро-РНК в нарушении баланса пролиферации, дифференцировки и апоптоза при развитии различных заболеваний, в том числе и при онкологических нарушениях.

В декабре 1993 года группа ученых под руководством Виктора Амбро опубликовали в журнале «Cell» результаты исследований, в которых описывали, что малый некодирующий транскрипт lin-4 может регулировать экспрессию lin-14 путем присоединения к 3’нетранслируемой области (3’UTR) мРНК lin-14 у нематоды [8]. Также в работах Гари Рувкана было показано, что первая открытая малая РНК, которую назвали микроРНК, отвечает за согласованность этапов личиночного развития у нематоды [8]. Последующие исследовательские работы показали, что lin-4 контролирует экспрессию гена lin-14 по правилу обратной связи через несмысловое взаимодействие РНК-РНК [3].

В итоге последующих анализирований работ выяснилось, что имеется достаточно многочисленный класс не кодирующих РНК.

К 2014 г. стало известно примерно 1800 микро-РНК человека и эта цифра увеличивается. По разным оценкам, мишенями микро-РНК являются более 30% белок кодирующих генов человека. Количество различных микро-РНК у человека может достигать 37 000 [1].

Микро-РНК регулируют такие биологические явления, как рост клеток, дифференцировку клеток, [4] нейропроцессы, иммунный ответ [10] и многие другие. Эти малые некодирующие молекулы могут отвечать за работу одной трети генома человека, так как одна микро-РНК может повлиять на экспрессию многих генов [9].

Гены кодирующие известные на сегодняшний день микро-РНК человека, расположены на хромосоме рядом с онко- или онкосупрессорными генами [3]. На сегодняшний день имеются данные о том, что в злокачественных опухолях происходит патологические изменения в регуляции генов микро-РНК, также известно, что сами микро-РНК выступают в роли как онкогенов, так и опухолевых супрессоров [6]. В ряде исследовательских работ открываются все больше данных о том, что определенную роль в канцерогенезе играют сбои и нарушения работы микро-РНК на всех этапах их реализации. Большое количество микро-РНК и гомологичных молекул среди разных видов живых организмов дает возможность говорить о роли этого класса малых РНК в механизмах генной экспрессии, имеющей древнее происхождение. Это предположение нашло подтверждение научными статьями [5].

Микро-РНК транскрибируются с интронами смысловых генов. Определенные виды микро-РНК имеют свой промотер, остальные же обнаруживаются в интронах или экзонах кодируемых или некодируемых участков [7].

У млекопитающих 61% микро-РНК реализуются с полицистронных участков генов [2]. Известно, что вместе со специальными генами, кодирующими микро-РНК, существуют и другие их аналоги, которые могут находиться как в пределах гена, так и в межгенных участках генома. В первом случае участки ДНК, которые кодируют микро-РНК, располагаются как в кодирующих, так и в некодирующих участках гена, а также антисмысловых нитях ДНК. Во втором случае участки ДНК, которые в пределах генома, локализуются повторяющихся последовательностях. Процесс транскрипции микро-РНК похож на транскрипцию иРНК с участием РНК-полимеразы II [2]. Даже в том случае, когда генетические детерминанты микро-РНКинаходятся в пределах гена, регуляция транскрипции осуществляется под контролем собственного промотора, который часто располагается в первом интроне гена.

Образование микро-РНК состоит из нескольких стадий. Этот процесс начинается с синтеза примикро-РНК, имеющих размер примерно тясячи пар нуклеотидов. Затем примикро-РНК посттранскрипционно модифицируется. Как и информационная РНК, молекулы примикроРНК подвергается и кэпированию, и полиаденилированию. Нуклеотидная последовательность примикро-РНК состоит из инвертированных повторов, благодаря которым молекула этой РНК образует конструкцию типа стебель–петля [5]. И в этом случае каждая молекула может состоять из несколько таких конструкций. В итоге возникает вопрос, как из этих довольно сложно сложившихся и разных структур примикро-РНК выходит нуклеотидная последовательность зрелой микро-РНК, имеющая определенную постоянную нуклеотидную последовательность. Ключевым моментом биогенеза микро-РНК является стадия распознавания сайта разрезания. На этой стадии определяется один из концевых участков зрелой микро-РНК. На сегодняшний день нет полного объяснения, какие особенности в строении молекулы примикро-РНК ответственны за распознавание сайта рестрикции. Известно лишь то, что в этом процессе участвуют белки Drosha и Pasha, которые выполняют многочисленные функции. Белок Pasha (в клетках млекопитающих DGCR8) распознает тонкости конструкции примикро-РНК и связывается с ней. А белок Drosha отвечает за разрезание нити примикро-РНК. Некоторых авторы утверждают, что идентификация и, соответственно, взаимодействия белка Pasha с нитью примикро-РНК связаны с наличием в структуре молекулы РНК особой протяженной терминальной петли [10]. Некоторые исследователи говорят, что распознавание сайта связана с точкой перехода двунитевой структуры РНК во фланкирующие однонитевые участки [8]. Доказано, что это происходит в ядре.

Конечная стадия созревания микро-РНК связана с преобразованием коротких двуцепочечных РНК в зрелые однонитевые РНК. Эти зрелые однонитевые РНК используются для идентификации и связывания комплексов белков с определенными участками либо информационной РНК, либо ДНК генов. Это явление происходит при участии одного из белков семейства Argonaute [4]. Белок из семейства Argonaute связывается с той цепью двуцепочечной микро-РНК, которая термодинамически менее стабильна. Argonaute и связанная с ним микро-РНК в дальше могут вовлекаться в один из путей регуляции экспрессии генов[4].

Список литературы:

1. Никитина Е.Г. Паттерн экспрессии микроРНК при предопухолевыхзаболеваниях и раке гортани. Автореф. дис. к.б.н. Томск, 2015.

2. Chang S.S., Jiang W.W., Smith I., Poeta L.M., Begum S., Glazer C., Shan S., Westra W., Sidransky D., Califano J.A. MicroRNA alterations in head and neck squamous cell carcinoma // International journal of cancer. 2008. V. 123. №12. - P.2791–2797.

3. Esquela-Kerscher A., Slack F.J. Oncomirs—microRNAs with a role in cancer // Nature Reviews Cancer. 2006. V. 6. №4. - P.259-269.

4. Flynt A.S., Lai E.C. Biological principles of microRNA-mediated regulation: shared themes amid diversity // Nature Reviews Genetics. 2008. V. 9. №11. - P.831–842.

5. Grosshans H., Slack F.J. Micro-RNAs small is plentiful // The Journal of cell biology. 2002. V. 156. № 1. - P.17-22.

6. Kent O., Mendell J. A small piece in the cancer puzzle: microRNAs as tumor suppressors and oncogenes // Oncogene. 2006. V. 25. № 46. - P.6188-6196.

7. Kim V.N., Han J., Siomi M.C. Biogenesis of small RNAs in animals // Nature reviews Molecular cell biology. 2009. V. 10. № 2. - P.126-139.

8. Lee R.C., Feinbaum R.L., Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14 // cell. 1993. V. 75. № 5. - P.843–854.

9. Lewis B.P., Burge C.B., Bartel D.P. Conserved seed pairing, often flanked by adenosines, indicates that thousands of human genes are microRNA targets // cell. 2005. V. 120. № 1. - P.15–20.

10. Lodish H.F., Zhou B., Liu G., Chen C.-Z. Micromanagement of the immune system by microRNAs // Nature Reviews Immunology. 2008. V. 8. № 2. - P.120–130.