tasiРНК

Транс-активи́рующие ма́лые интерфери́рующие РНК, tasiРНК, TAS РНК[1] (англ. trans-acting siRNA) — группа малых некодирующих РНК наземных растений, подавляющие экспрессию генов путём пост-трансляционного сайленсинга[2][3][4]. TasiРНК транскрибируются в геноме в форме двуцепочечных полиаденилированных РНК, которые в дальнейшем процессируются и превращаются во фрагменты РНК длиной 21 нуклеотид[2]. Эти фрагменты включаются в РНК-индуцируемый комплекс выключения гена (RISC). tasiРНК часто относят к малым интерферирующим РНК (siРНК) ввиду того, что обе этих группы малых РНК транскрибируются в форме двуцепочечных РНК и подвергаются схожему процессингу. Впрочем, tasiРНК отличаются от других siРНК тем, что они связывают свои последовательности-мишени с меньшей специфичностью[3]. В этом их механизм более схож с механизмом действия микроРНК, так как они не нуждаются в полной комплементарности последовательностей со своей мишенью, чтобы направлять её распад[5].

История открытия

Существование tasiРНК впервые было установлено в 2004 году двумя группами учёных, работавших с арабидопсисом. Обе статьи были опубликованы в октябре того года с разницей в несколько дней. Первая группа (Peragine с сотрудниками) изучала белок ZIPPY (ZIP) из группы Argonaute, а вторая (Vazquez с сотрудниками) пыталась найти специфичные siРНК. Несмотря на то, что группы начали с разных стартовых точек, обе по ходу исследований сфокусировались на изучении специфичного растительного белка супрессора сайленсинга генов 3 (SGS3) и фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы 6 (RDR6). Обе группы пришли к заключению, что эти белки играют важную роль в образовании специфических siРНК — tasiРНК[2][3].

Из-за ключевых отличий, отделяющих tasiРНК от остальных групп некодирующих РНК, tasiРНК были новой открытой группой РНК, хотя они имеют общие черты с siРНК и микроРНК. В отличие от микроРНК, tasiРНК образуются из длинных двуцепочечных РНК, и их образование зависит от RDR6. От siРНК tasiРНК отличаются тем, что они вызывают разрушение транскриптов с различающимися последовательностями. В этом отношении tasiРНК схожи с микроРНК, однако механизм их процессинга сближает из с siРНК[5].

Образование
Механизм образования tasiРНК у арабидопсис

TasiРНК образуются из длинных некодирующих транскриптов с помощью разрезания их белками Argonaute, направляемого микроРНК. Этот путь включает превращение одноцепочечного разрезанного транскрипта в двуцепочечный при помощи RDR6 и SGS3[6]. Образующаяся двуцепочечная РНК разрезается Dicer-подобным ферментом 4 (DCL4) (гомолог Dicer животных[1]) с образованием коротких фрагментов РНК длиной 21 нуклеотид, которые и становятся tasiРНК[7][8].

У Arabidopsis thaliana имеются 4 локусов и групп локусов, кодирующих tasiРНК. Для процессинга продуктов генов TAS1, TAS2, и TAS4 необходим один сайт связывания микроРНК, а для процессинга продуктов TAS3 необходимо два сайта связывания микроРНК[9]. Гены TAS у разных растений не являются ортологами, то есть семейство генов TAS1 у мха не имеет общего гена-предка с TAS1 арабидопсиса. Среди TAS1 выделяют TAS1a, TAS1b и TAS1c, эти три локуса являются паралогами и имеют определённое сходство с TAS2, так что, по-видимому, все четыре локуса — паралоги. На то, что транскрипты этих генов вряд ли кодируют белок, указывает то, что эти транскрипты не имеют протяжённых открытых рамок считывания и могут кодировать пептиды длиной не более 50 аминокислотных остатков[1].

Все гены tasiРНК имеют два экзона, причём в случае TAS1 и TAS2 сайт разрезания микроРНК находится в интроне, так что процессингу с помощью RDR6 подвергаются несплайсированные предшественники. Хотя почти все найденные tasiРНК соответствуют фрагментам транскрипта-предшественника, для каждого из них была найдена хотя бы одна tasi-РНК, соответствующая минус-цепи. Такие tasiРНК, видимо, могут регулировать содержание в клетке собственного предшественника[1].

TAS1 и TAS2

Транскрипты TAS1/2 подвергаются первичному процессингу в форме AGO1-опосредованного разрезания по 5'-концам, направляемого miR173. После этого RDR6 переводит транскрипт в двуцепочечную форму, которая далее процессируется DCL4 с образованием tasiРНК длиной 21 нуклеотид. Эти tasiРНК связываются с мРНК-мишенями за счёт двух выступающих нуклеотидов на 3'-конце, действуя, таким образом, как транс-регуляторные элементы[9].

TAS4

Начальные этапы процессинга транскриптов TAS4 схожи с таковыми у TAS1/2. Вначале они подвергаются AGO1-опосредованному разрезанию, направляемому miR828, далее происходит образование двуцепочечных РНК и процессинг с помощью DCL4[9].

TAS3

В отличие от TAS1/2 и TAS4, для процессинга TAS3 необходимы два сайта связывания с микроРНК (miR390). Транскрипт сначала разрезается по 3'-сайту связывания при помощи AGO7. Далее, как и в случае TAS1/2 и TAS4, RDR6 синтезирует вторую цепь РНК и образующаяся двуцепочечная РНК далее процессируется DCL4[9].

Механизм

Эндогенные tasiРНК действуют посредством гетеросайленсинга, то есть те гены-мишени, которые tasiРНК репрессируют, не имеют значительного сходства с генами, с которых транскрибируются эти tasiРНК. Это обстоятельство отличает tasiРНК от siРНК, которые осуществляют аутосайленсинг и подавляют экспрессию генов, которые имеют последовательности, идентичные или очень похожие на последовательности генов, от которых siРНК происходят. До открытия tasiРНК считалось, что только микроРНК способны к гетеросайленсингу[2]. Как и siРНК, tasiРНК включаются в состав комплекса RISC, где они направляют комплекс к разрезанию мРНК-мишени в середине сайта комплементарного связывания, тем самым подавляя трансляцию[2][3][10].

Белки группы Argonaute включаются в состав комплексов, осуществляющих сайленсинг генов посредством РНК, в том числе и RISC, который катализирует разрушение мРНК[10][11]. В частности, у арабидопсиса AGO7/ZIPPY участвует в tasiРНК-направляемой регуляции, причём tasiРНК транскрибируются с TAS3. AGO7/ZIPPY связывается с tasiРНК, произошедшими от TAS3, и приступает к разрушению мишеней. По-видимому, AGO7/ZIPPY не взаимодействует с tasiРНК, транскрибированных с TAS1 и TAS2, так что у арабидопсис различные семейства tasiРНК действуют слегка по-разному[11]. У арабидопсиса tasiРНК могут связываться не только с AGO7, но и с AGO1 и также направлять распад мРНК-мишени[12].

Распространение и функции

TasiРНК были обнаружены не только у арабидопсиса[8], но также у мха Physcomitrella patens[6], кукурузы[13] и риса посевного[14]. Примером tasiРНК, выявленной не только у арабидопсиса, но и у всех вышеперечисленных растений, может служить tasi-РНК фактор ответа на ауксин (tasiR-ARF) (группа TAS3). TasiR-ARF вовлечен в сигнальные пути фитогормона ауксина, вызывая разрушение мРНК-мишеней, которые кодируют несколько факторов ответа на ауксин (ARF)[13]: ARF2, ARF3 и ARF4[1]. Показано, что нарушение образования этих tasiРНК приводит к фенотипическим нарушениям. Мишенями других tasiРНК служат несколько генов с не идентифицированной функцией[1].

Показано, что из транскриптов TAS1a и TAS2 получаются не только РНК длиной 21 н., но также несколько tasiРНК длиной 24 н. Точные мишени этих РНК не установлены, но известно, что у растений малые РНК такой длины вовлечены в транскрипционный сайленсинг. Для образования tasiРНК длиной 24 н., похоже, используется альтернативный путь: для их процессинга не нужно участия микроРНК и необходим другой гомолог Dicer животных — DCL3[1].

Примечания
  1. Макарова Ю. А., Крамеров Д. А. Некодирующие РНК (рус.) // Биохимия. — 2007. — Т. 72, № 11. — С. 1427—1448. Архивировано 14 июля 2014 года.
  2. Vazquez F., Vaucheret H., Rajagopalan R., Lepers C., Gasciolli V., Mallory A. C., Hilbert J. L., Bartel D. P., Crété P. Endogenous trans-acting siRNAs regulate the accumulation of Arabidopsis mRNAs. (англ.) // Molecular cell. — 2004. — Vol. 16, no. 1. — P. 69—79. — doi:10.1016/j.molcel.2004.09.028. — PMID 15469823.
  3. Peragine A., Yoshikawa M., Wu G., Albrecht H. L., Poethig R. S. SGS3 and SGS2/SDE1/RDR6 are required for juvenile development and the production of trans-acting siRNAs in Arabidopsis. (англ.) // Genes & development. — 2004. — Vol. 18, no. 19. — P. 2368—2379. — doi:10.1101/gad.1231804. — PMID 15466488.
  4. Axtell M. J., Jan C., Rajagopalan R., Bartel D. P. A two-hit trigger for siRNA biogenesis in plants. (англ.) // Cell. — 2006. — Vol. 127, no. 3. — P. 565—577. — doi:10.1016/j.cell.2006.09.032. — PMID 17081978.
  5. Yoshikawa M., Peragine A., Park M. Y., Poethig R. S. A pathway for the biogenesis of trans-acting siRNAs in Arabidopsis. (англ.) // Genes & development. — 2005. — Vol. 19, no. 18. — P. 2164—2175. — doi:10.1101/gad.1352605. — PMID 16131612.
  6. Talmor-Neiman M., Stav R., Klipcan L., Buxdorf K., Baulcombe D. C., Arazi T. Identification of trans-acting siRNAs in moss and an RNA-dependent RNA polymerase required for their biogenesis. (англ.) // The Plant journal : for cell and molecular biology. — 2006. — Vol. 48, no. 4. — P. 511—521. — doi:10.1111/j.1365-313X.2006.02895.x. — PMID 17076803.
  7. Xie Z., Qi X. Diverse small RNA-directed silencing pathways in plants. (англ.) // Biochimica et biophysica acta. — 2008. — Vol. 1779, no. 11. — P. 720—724. — doi:10.1016/j.bbagrm.2008.02.009. — PMID 18358247.
  8. Allen E., Xie Z., Gustafson A. M., Carrington J. C. microRNA-directed phasing during trans-acting siRNA biogenesis in plants. (англ.) // Cell. — 2005. — Vol. 121, no. 2. — P. 207—221. — doi:10.1016/j.cell.2005.04.004. — PMID 15851028.
  9. Allen E., Howell M. D. miRNAs in the biogenesis of trans-acting siRNAs in higher plants. (англ.) // Seminars in cell & developmental biology. — 2010. — Vol. 21, no. 8. — P. 798—804. — doi:10.1016/j.semcdb.2010.03.008. — PMID 20359543.
  10. Tomari Y., Zamore P. D. Perspective: machines for RNAi. (англ.) // Genes & development. — 2005. — Vol. 19, no. 5. — P. 517—529. — doi:10.1101/gad.1284105. — PMID 15741316.
  11. Adenot X., Elmayan T., Lauressergues D., Boutet S., Bouché N., Gasciolli V., Vaucheret H. DRB4-dependent TAS3 trans-acting siRNAs control leaf morphology through AGO7. (англ.) // Current biology : CB. — 2006. — Vol. 16, no. 9. — P. 927—932. — doi:10.1016/j.cub.2006.03.035. — PMID 16682354.
  12. Wu L., Mao L., Qi Y. Roles of dicer-like and argonaute proteins in TAS-derived small interfering RNA-triggered DNA methylation. (англ.) // Plant physiology. — 2012. — Vol. 160, no. 2. — P. 990—999. — doi:10.1104/pp.112.200279. — PMID 22846193.
  13. Williams L., Carles C. C., Osmont K. S., Fletcher J. C. A database analysis method identifies an endogenous trans-acting short-interfering RNA that targets the Arabidopsis ARF2, ARF3, and ARF4 genes. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2005. — Vol. 102, no. 27. — P. 9703—9708. — doi:10.1073/pnas.0504029102. — PMID 15980147.
  14. Heisel S. E., Zhang Y., Allen E., Guo L., Reynolds T. L., Yang X., Kovalic D., Roberts J. K. Characterization of unique small RNA populations from rice grain. (англ.) // Public Library of Science ONE. — 2008. — Vol. 3, no. 8. — P. e2871. — doi:10.1371/journal.pone.0002871. — PMID 18716673.

Литература

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.