РНК-интерференция в терапии рака. Часть 1.

22.04.201133120
РНК-интерференция представляет собой процесс подавления экспрессии гена на стадиях транскрипции, [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)]трансляции[/url], деаденилирования и деградации матричной РНК (мРНК) при помощи специальных малых двуцепочечных молекул РНК. РНК-интерференция обнаружена в клетках многих эукариот, в том числе у животных, растений и грибов. Возможность использования РНК-интерференции для подавления экспрессии какого-либо гена с известной структурой и функцией невероятно быстро сделала этот процесс излюбленным инструментом генетиков.

В настоящее время РНК-интерференция признана одним из важнейших клеточных механизмов, участвующих в метаболизме РНК. РНК-интерференция играет важную роль не только в процессах деградации и поддержания стабильности мРНК, но также в регуляции процессов трансляции, транскрипции, поддержании структуры хроматина и целостности генома. Применение РНК-интерференции в экспериментальной работе имеет неоценимое значение для изучения биохимических сигнальных путей клетки, связанных с развитием, ростом и метастазированием раковых опухолей, а также является полезным инструментом для идентификации генов, задействованных в патогенезе опухолей и выявления молекулярных «мишеней» для противораковой терапии. Применение РНК-интерференции для подавления экспрессии генов рассматривается как одно из важнейших открытий в молекулярной онкологии за последние несколько лет. Этот процесс уже давно широко используется в качестве метода исследования молекулярных механизмов патогенеза многих заболеваний, так как позволяет исследователям подавлять работу конкретных генов.

Успех терапевтического использования РНК-интерференции для лечения рака в настоящее время во многом зависит от разработки безопасных и эффективных систем доставки малых РНК в опухолевые клетки. Целью настоящего обзора является рассмотрение процесса РНК-интерференции как системы подавления экспрессии генов с целью разработки противораковой терапии.

Введение

За последнее десятилетие структурный и функциональный анализ генов приобрел новые масштабы. Многочисленные молекулярные методы сделали ДНК доступной для исследований, что открыло ученым дорогу к изучению множества заболеваний, в том числе онкологических, которым стало уделяться огромное внимание. Сейчас, во многом благодаря знанию закономерностей процесса РНК-интерференци, ученые вплотную приблизились к непосредственному изучению генов, участвующих в развитии рака, и многих других молекулярных элементов клетки, регулирующих молекулярный сигналлинг, апоптоз и пролиферацию (клеточное деление), которые можно использовать в терапевтических целях.

Механизм, посредством которого двуцепочечная РНК взаимодействует с комплементарной ей целевой молекулой мРНК и подавляет ее экспрессию, ученым удалось описать еще в 80-х гг.прошлого века. В 1998 г.Крейг Мелло (Craig Mello) и Эндрю Файер (Andrew Fire) опубликовали статью в журнале Nature, в которой говорилось о том, что малые интерферирующие РНК способны подавлять экспрессию генов. В 2006 г.ученые получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За открытие явления РНК-интерференции – механизма подавления работы генов при участии двуцепочечной РНК». И хотя сам феномен РНК-интерференции был описан задолго до того (в начале 80-х), именно работы Файера и Мелло в общих чертах определили регуляторный механизм малых РНК и обрисовали неведомую до той поры область молекулярных исследований. Вот основные результаты их работы:

1. При РНК-интерференции расщепляется именно мРНК (и никакая другая);
2. Двуцепочечная РНК действует (вызывает расщепление) значительно эффективнее одноцепочечной.
Эти два наблюдения предсказывали существование специализированной молекулярной системы, опосредующей действие микроРНК;
3. Двуцепочечная РНК, комплементарная определенному участку зрелой мРНК, вызывает расщепление последней.
Это указывало на цитоплазматическую локализацию процесса и наличие специфической эндонуклеазы;
4. Небольшого количества дцРНК (нескольких молекул на клетку) достаточно для полного «выключения» целевого гена, что указывает на существование каскадного механизма катализа и/или [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BC%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0)]амплификации[/url].

Первое доказательство существования механизма РНК-интерференции в природе было представлено в экспериментах по изменению окраски цветков петунии (Petunia hybrida), когда искусственное повышение экспрессии гена, ответственного за фиолетовую окраску околоцветника, привело, наоборот, к потере его пигментации (Napoli et al., 1990). После наблюдений, сделанных на растениях, во многих лабораториях по всему миру пытались обнаружить подобное явление в других организмах. Мелло и Файер описали эффект подавления (т.н. сайленсинга) генов после введения двуцепочечной РНК в организм нематоды Caenorhabditis elegans. В исследованиях по регуляции синтеза мышечных белков ученые показали, что введение мРНК или антисмысловых РНК не влияло на синтез белка, в то время как введение двуцепочечных микроРНК успешно снижало экспрессию гена-мишени (Fire et al., 1998).

В настоящий момент считается, что рибонуклеиновый компонент системы РНК-интерференции представлен короткими одноцепочечными олигонуклеотидами двух типов: малыми интерферирующими РНК (миРНК) и микроРНК.

Малые интерферирующие РНК (миРНК) образуются из двуцепочечных РНК и состоят из 20-25 нуклеотидов. Источником таких РНК могут быть вирусные инфекции, введенные в геном генетические конструкции, длинные шпильки в составе [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BF%D1%82_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)]транскриптов[/url] и двунаправленная транскрипция мобильных элементов генома. МиРНК эволюционно наиболее древние и распространены шире всего среди растений, одноклеточных организмов и беспозвоночных. У позвоночных миРНК в норме практически не обнаружены, потому что их вытеснили эволюционно более поздние «модели» коротких РНК. МиРНК являются «шаблонами» для поиска в цитоплазме и уничтожения молекул мРНК. Они имеют «особую примету»: по 2 неспаренных нуклеотида на 3’-концах и фосфорилированные 5’-концы. Антисмысловая миРНК способна распознавать мРНК и специфически вызывать ее деградацию: разрез целевой мРНК всегда происходит точно в месте, комплементарном 10-ому и 11-ому нуклеотидам антисмысловой цепи миРНК.

У высших животных механизм РНК-интерференции опосредован в основном микроРНК – молекулами, происходящими из длинного одноцепочечного транскрипта, формирующего двуцепочечные структуры типа шпилек. В отличие от миРНК, микроРНК не производятся из чужеродных двуцепочечных молекул РНК, а изначально закодированы в геноме организма. Считается, что эволюционно гены микроРНК являются производными мобильных элементов генома класса MITE (miniature inverted-repeat transposable elements) и возникли из отдельных копий транспозонов.

Считается, что основная биологическая роль РНК-интерференции заключается в защите организма от вирусов и другого чужеродного генетического материала, в том числе потенциально опасных дестабилизирующих геномных агентов, таких как транспозоны. Экспериментально было продемонстрировано несколько способ запустить систему РНК-интерференции в клетках млекопитающих: с помощью синтетических молекул миРНК длиной 21-23 пар нуклеотидов (Elbashir et al., 2001), плазмид (Brummelkamo et al., 2002; Lee et al., 2002; Paul et al., 2002) и [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)]векторных систем[/url] (Brummelkamo et al., 2002), экспрессирующих малые РНК, образующие шпильки. Многочисленные исследования по анализу функций генов в культивируемых соматических клетках млекопитающих с использованием миРНК в настоящее время набирают обороты.

Многие болезни являются следствием дисфункции определенных генов. С открытием РНК-интерференции начался этап активного развития медицинской генетики. Темпы развития методов терапии, основанных на доставке миРНК в клетки, росли с невероятной скоростью, а некоторые компании уже начали клинические испытания терапии, основанной на РНК-интерференции, например, для лечения возрастной дегенерации желтого пятна (Takeshita and Ochiya, 2006) – заболевания, вызывающего аномальный рост кровеносных сосудов сетчатки. Стратегия лечения заключается в ингибировании биохимических сигнальных путей клетки, запускаемых сосудистыми и эндотелиальными факторами роста, с помощью малых РНК. Однако главной задачей для достижения успеха использования малых РНК в терапевтических целях остается разработка безопасных и эффективных систем доставки этих молекул в клетки. Стратегии подавления деления клеток с целью лечения раковых опухолей (пока только у животных) быстро развиваются и с развитием систем доставки малых РНК станут пригодными для лечения рака.

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей