เกี่ยวกับ RNA ทั้งหมดในโลก ทั้งใหญ่และเล็ก RNA ขนาดเล็กและมะเร็ง หน้าที่ของ RNA ขนาดเล็ก
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการแสดงออกที่ไม่ถูกต้องของ RNA ขนาดเล็กเป็นสาเหตุหนึ่งของโรคต่างๆ ที่ส่งผลกระทบร้ายแรงต่อสุขภาพของผู้คนจำนวนมากทั่วโลก โรคเหล่านี้ได้แก่โรคหลอดเลือดหัวใจ 23 และมะเร็ง 24 ในส่วนหลังนี้ไม่น่าแปลกใจ: มะเร็งบ่งบอกถึงความผิดปกติในการพัฒนาเซลล์และชะตากรรมของพวกเขาและ RNA ขนาดเล็กมีบทบาทสำคัญในกระบวนการที่เกี่ยวข้อง นี่คือหนึ่งในนั้นมาก ตัวอย่างภาพประกอบผลกระทบมหาศาลที่ RNA ขนาดเล็กมีต่อร่างกายในช่วงที่เกิดมะเร็ง เรากำลังพูดถึงเนื้องอกมะเร็งซึ่งมีลักษณะของการแสดงออกที่ไม่ถูกต้องของยีนที่ทำหน้าที่ในระหว่างการพัฒนาเริ่มแรกของสิ่งมีชีวิตและไม่ใช่ในช่วงหลังคลอด นี่คือเนื้องอกในสมองในวัยเด็กที่มักปรากฏก่อนอายุ 2 ขวบ น่าเสียดายที่นี่เป็นมะเร็งรูปแบบลุกลามมาก และการพยากรณ์โรคก็ไม่เป็นผลดีแม้ว่าจะได้รับการรักษาอย่างเข้มข้นก็ตาม กระบวนการทางเนื้องอกเกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายตัวของสารพันธุกรรมในเซลล์สมองอย่างไม่เหมาะสม โปรโมเตอร์ที่ปกติจะขับเคลื่อนการแสดงออกที่แข็งแกร่งของยีนเข้ารหัสโปรตีนตัวใดตัวหนึ่งจะได้รับการรวมตัวกันอีกครั้งกับกลุ่ม RNA ขนาดเล็กที่เฉพาะเจาะจง จากนั้นภูมิภาคที่จัดเรียงใหม่ทั้งหมดนี้จะได้รับการขยาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำเนาจำนวนมากของภูมิภาคนี้ถูกสร้างขึ้นในจีโนม ดังนั้น RNA ขนาดเล็กที่อยู่ "ปลายน้ำ" ของโปรโมเตอร์ที่ถูกย้ายจึงแสดงออกอย่างชัดเจนมากกว่าที่ควรจะเป็น ระดับของ RNA ขนาดเล็กที่ทำงานอยู่จะสูงกว่าปกติประมาณ 150-1,000 เท่า
ข้าว. 18.3. RNA ขนาดเล็กที่กระตุ้นโดยแอลกอฮอล์สามารถรวมกับ Messenger RNA ที่ไม่ส่งผลต่อความต้านทานของร่างกายต่อผลกระทบของแอลกอฮอล์ แต่ RNA ขนาดเล็กเหล่านี้ไม่ได้จับกับโมเลกุล RNA ของ Messenger ที่ส่งเสริมการต่อต้านดังกล่าว ซึ่งส่งผลให้เกิดความเหนือกว่าสัมพัทธ์ของสัดส่วนของโมเลกุล Messenger RNA ที่เข้ารหัสการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับความทนทานต่อแอลกอฮอล์
คลัสเตอร์นี้เข้ารหัส RNA ขนาดเล็กที่แตกต่างกันมากกว่า 40 รายการ โดยทั่วไปแล้ว นี่เป็นกระจุกที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาไพรเมต โดยปกติจะแสดงออกในช่วงต้นของพัฒนาการของมนุษย์เท่านั้น ในช่วง 8 สัปดาห์แรกของชีวิตตัวอ่อน การกระตุ้นอย่างแรงในสมองของทารกทำให้เกิดผลร้ายต่อการแสดงออกทางพันธุกรรม ผลที่ตามมาประการหนึ่งคือการแสดงออกของโปรตีนอีพีเจเนติกส์ที่เพิ่มการดัดแปลงดีเอ็นเอ สิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางในรูปแบบทั้งหมดของ DNA methylation และทำให้เกิดการแสดงออกที่ผิดปกติของยีนทุกประเภท ซึ่งส่วนมากควรแสดงออกเมื่อเซลล์สมองที่ยังไม่เจริญเต็มที่แบ่งตัวในช่วงแรกของการพัฒนาเท่านั้น นี่คือวิธีที่โปรแกรมมะเร็งเริ่มต้นในเซลล์ของทารก 25
การสื่อสารดังกล่าวระหว่าง RNA ขนาดเล็กและกลไกอีพีเจเนติกของเซลล์อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสถานการณ์อื่นๆ เมื่อเซลล์พัฒนาแนวโน้มที่จะเป็นมะเร็ง กลไกนี้อาจส่งผลให้เกิดผลกระทบจากการหยุดชะงักของการแสดงออกของ RNA ขนาดเล็กที่เพิ่มขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงในการปรับเปลี่ยนอีพีเจเนติกส์ที่ถ่ายทอดไปยังเซลล์ลูกสาวจากแม่ สิ่งนี้สามารถสร้างรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงที่อาจเป็นอันตรายในรูปแบบการแสดงออกของยีน
จนถึงขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ทราบขั้นตอนทั้งหมดของการทำงานร่วมกันของ RNA ขนาดเล็กกับกระบวนการ epigenetic แต่พวกเขายังคงสามารถได้รับคำแนะนำบางอย่างเกี่ยวกับคุณลักษณะของสิ่งที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ปรากฎว่า RNA ขนาดเล็กบางประเภทซึ่งเพิ่มความก้าวร้าวของมะเร็งเต้านม มุ่งเป้าไปที่เอนไซม์บางตัวใน RNA ของผู้ส่งสารที่กำจัดการดัดแปลงอีพีเจเนติกส์ที่สำคัญ สิ่งนี้จะเปลี่ยนรูปแบบของการดัดแปลงอีพีเจเนติกส์ในเซลล์มะเร็งและขัดขวางการแสดงออกทางพันธุกรรมอีก 26
มะเร็งหลายรูปแบบยากต่อการติดตามในผู้ป่วย กระบวนการทางเนื้องอกสามารถเกิดขึ้นได้ในจุดที่เข้าถึงยากซึ่งทำให้ขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างมีความซับซ้อน ในกรณีเช่นนี้ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่แพทย์จะติดตามพัฒนาการของกระบวนการมะเร็งและการตอบสนองต่อการรักษา บ่อยครั้งที่แพทย์ถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาการวัดทางอ้อม เช่น การสแกนเอกซเรย์ของเนื้องอก นักวิจัยบางคนเชื่อว่าโมเลกุล RNA ขนาดเล็กสามารถช่วยสร้างเทคนิคใหม่ในการติดตามการพัฒนาของเนื้องอก ซึ่งสามารถศึกษาต้นกำเนิดของมันได้เช่นกัน เมื่อเซลล์มะเร็งตาย RNA ขนาดเล็กจะออกจากเซลล์เมื่อมันแตก โมเลกุลขยะขนาดเล็กเหล่านี้มักก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนกับโปรตีนในเซลล์หรือถูกห่อหุ้มด้วยชิ้นส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงมีความเสถียรมากในของเหลวในร่างกาย ซึ่งหมายความว่า RNA ดังกล่าวสามารถแยกและวิเคราะห์ได้ เนื่องจากมีปริมาณน้อย นักวิจัยจึงต้องใช้วิธีการวิเคราะห์ที่ละเอียดอ่อนมาก อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรที่เป็นไปไม่ได้ที่นี่: ความไวของการจัดลำดับกรดนิวคลีอิกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง 27 ข้อมูลได้รับการเผยแพร่เพื่อยืนยันแนวทางนี้สำหรับมะเร็งเต้านม 28 มะเร็งรังไข่ 29 และมะเร็งอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง การวิเคราะห์ RNA หมุนเวียนขนาดเล็กในผู้ป่วยมะเร็งปอดแสดงให้เห็นว่า RNA เหล่านี้ช่วยแยกความแตกต่างระหว่างผู้ป่วยที่มีก้อนเนื้อในปอดเดี่ยว (ไม่ต้องการการบำบัด) และผู้ป่วยที่มีก้อนเนื้อเนื้องอกที่เป็นมะเร็ง (ต้องได้รับการรักษา) 30
การทำลาย mRNA เป้าหมายยังสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของ RNA ที่รบกวนเล็กน้อย (siRNA) การรบกวน RNA เป็นหนึ่งในการค้นพบที่ปฏิวัติวงการครั้งใหม่ อณูชีววิทยาและผู้แต่งก็ได้รับมันในปี 2545 รางวัลโนเบล- RNA ที่รบกวนนั้นมีโครงสร้างที่แตกต่างกันมากจาก RNA ประเภทอื่น และเป็นโมเลกุล RNA เสริมสองโมเลกุลที่มีความยาวประมาณ 21-28 เบสไนโตรเจน ซึ่งเชื่อมต่อถึงกันเหมือนเป็นเส้นในโมเลกุล DNA ในกรณีนี้ นิวคลีโอไทด์ที่ไม่ได้จับคู่สองตัวจะยังคงอยู่ที่ขอบของสายโซ่ siRNA แต่ละเส้นเสมอ ผลกระทบจะดำเนินการดังต่อไปนี้ เมื่อโมเลกุล siRNA พบตัวเองภายในเซลล์ ในระยะแรกมันจะจับตัวเป็นสารเชิงซ้อนโดยมีเอนไซม์ในเซลล์สองตัว ได้แก่ เฮลิเคสและนิวคลีเอส คอมเพล็กซ์นี้เรียกว่า RISC ( รนา- ฉันชักนำ สเงียบงัน คซับซ้อน; ความเงียบ - อังกฤษ เงียบ, หุบปาก; ความเงียบ - ความเงียบนี่คือวิธีการเรียกกระบวนการ "ปิด" ยีนในภาษาอังกฤษและวรรณคดีเฉพาะทาง) ถัดไป เฮลิเคสจะคลายและแยกสาย siRNA และหนึ่งในสาย (แอนติเซนส์ในโครงสร้าง) ที่ซับซ้อนกับนิวคลีเอสจะมีปฏิกิริยาเฉพาะกับบริเวณเสริม (สอดคล้องกันอย่างเคร่งครัด) ของ mRNA เป้าหมาย ซึ่งช่วยให้นิวคลีเอสสามารถตัดมันได้ เป็นสองส่วน จากนั้น ส่วนที่ถูกตัดของ mRNA จะถูกสัมผัสกับการทำงานของนิวคลีเอส RNA ของเซลล์อื่นๆ ซึ่งจะตัดพวกมันออกเป็นชิ้นเล็กๆ ต่อไป
SiRNA ที่พบในพืชและสิ่งมีชีวิตส่วนล่างของสัตว์ (แมลง) เป็นส่วนสำคัญของ "ภูมิคุ้มกันภายในเซลล์" ที่ช่วยให้พวกมันจดจำและทำลาย RNA แปลกปลอมได้อย่างรวดเร็ว หากมี RNA ที่มีไวรัสเข้าไปในเซลล์ ระบบป้องกันดังกล่าวจะป้องกันไม่ให้มีการแพร่กระจาย หากไวรัสมี DNA ระบบ siRNA จะป้องกันไม่ให้สร้างโปรตีนของไวรัส (เนื่องจาก mRNA ที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้จะถูกรับรู้และตัดออก) และการใช้กลยุทธ์นี้จะชะลอการแพร่กระจายไปทั่วร่างกาย เป็นที่ยอมรับกันว่าระบบ siRNA มีการเลือกปฏิบัติอย่างมาก โดย siRNA แต่ละตัวจะจดจำและทำลายเฉพาะ mRNA เฉพาะของตัวเองเท่านั้น การแทนที่นิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียวภายใน siRNA ส่งผลให้ผลการรบกวนลดลงอย่างมาก จนถึงขณะนี้ยังไม่มีตัวบล็อกยีนตัวใดที่มีความจำเพาะเป็นพิเศษสำหรับยีนเป้าหมาย
ปัจจุบันวิธีนี้ใช้เป็นหลักใน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เพื่อระบุการทำงานของโปรตีนในเซลล์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม อาจนำไปใช้สร้างยาได้เช่นกัน
การค้นพบการรบกวนของ RNA ทำให้เกิดความหวังใหม่ในการต่อสู้กับโรคเอดส์และมะเร็ง อาจเป็นไปได้ว่าการใช้การบำบัด siRNA ร่วมกับการรักษาด้วยยาต้านไวรัสและต้านมะเร็งแบบดั้งเดิม จะทำให้สามารถบรรลุผลด้านศักยภาพได้ โดยการรักษาทั้งสองครั้งให้ผลการรักษามากกว่าผลรวมอย่างง่าย ๆ ของการรักษาแต่ละครั้งเพียงอย่างเดียว
ในการใช้กลไกการรบกวนของ siRNA ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษา จะต้องนำโมเลกุล siRNA แบบเกลียวคู่สำเร็จรูปเข้าไปในเซลล์ อย่างไรก็ตามก็มี ทั้งซีรีย์ปัญหาที่ปัจจุบันไม่อนุญาตให้เราดำเนินการนี้ในทางปฏิบัติ สร้างรูปแบบยาบางประเภทน้อยมาก ประการแรก ในเลือด พวกเขาได้รับผลกระทบจากระดับแรกของการป้องกันร่างกาย เอนไซม์ - นิวเคลียสซึ่งตัดอาร์เอ็นเอสองเส้นที่อาจเป็นอันตรายและผิดปกติสำหรับร่างกายของเรา ประการที่สอง แม้จะมีชื่อ แต่ RNA ขนาดเล็กก็ยังค่อนข้างยาว และที่สำคัญที่สุด พวกมันมีประจุไฟฟ้าสถิตเป็นลบ ซึ่งทำให้การเจาะทะลุเข้าไปในเซลล์เป็นไปไม่ได้ และประการที่สาม หนึ่งในคำถามที่สำคัญที่สุดคือจะทำให้ siRNA ทำงาน (หรือเจาะ) เซลล์บางเซลล์ (“ป่วย”) ได้อย่างไร โดยไม่ส่งผลกระทบต่อเซลล์ที่มีสุขภาพดี และในที่สุดก็มีปัญหาเรื่องขนาด ขนาดที่เหมาะสมที่สุดของ siRNA สังเคราะห์ดังกล่าวคือนิวคลีโอไทด์ 21-28 ที่เท่ากัน หากคุณเพิ่มความยาว เซลล์จะตอบสนองโดยสร้างอินเตอร์เฟอรอนและลดการสังเคราะห์โปรตีน ในทางกลับกัน หากคุณพยายามใช้ siRNA ที่เล็กกว่า 21 นิวคลีโอไทด์ ความจำเพาะของการจับกับ mRNA ที่ต้องการและความสามารถในการสร้างคอมเพล็กซ์ RISC จะลดลงอย่างรวดเร็ว ควรสังเกตว่าการเอาชนะปัญหาเหล่านี้มีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับการบำบัดด้วย siRNA เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการบำบัดด้วยยีนโดยทั่วไปด้วย
มีความคืบหน้าบางประการในการแก้ปัญหาเหล่านี้แล้ว ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามทำให้โมเลกุล siRNA มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการดัดแปลงทางเคมี ชอบไขมันกล่าวคือสามารถละลายในไขมันที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และช่วยอำนวยความสะดวกในการแทรกซึมของ siRNA เข้าไปในเซลล์ และเพื่อให้มั่นใจถึงความเฉพาะเจาะจงของงานภายในเนื้อเยื่อบางชนิดเท่านั้น วิศวกรพันธุศาสตร์จึงรวมส่วนกฎข้อบังคับพิเศษไว้ในโครงสร้าง ซึ่งเปิดใช้งานและกระตุ้นการอ่านข้อมูลที่มีอยู่ในโครงสร้างดังกล่าว (และดังนั้น siRNA หากรวมอยู่ด้วย) เฉพาะในเนื้อเยื่อเซลล์บางชนิดเท่านั้น
ดังนั้นนักวิจัยจาก โรงเรียนแพทย์ในซานดิเอโกที่ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย(มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย คณะแพทยศาสตร์ซานดิเอโก) ได้พัฒนาระบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการส่ง RNA (siRNA) ที่รบกวนขนาดเล็ก ซึ่งไปยับยั้งการผลิตโปรตีนบางชนิดเข้าสู่เซลล์ ระบบนี้ควรกลายเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีในการจัดส่งยาโดยเฉพาะ ประเภทต่างๆเนื้องอกมะเร็ง “RNA ที่รบกวนขนาดเล็กซึ่งดำเนินการกระบวนการที่เรียกว่าการรบกวน RNA มีศักยภาพอย่างไม่น่าเชื่อในการรักษาโรคมะเร็ง” ศาสตราจารย์ Steven Dowdy ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยอธิบาย “และถึงแม้ว่าเรายังมีงานอีกมากที่ต้องทำ แต่ขณะนี้เราได้พัฒนา เทคโนโลยีการส่งยาไปยังประชากรของเซลล์ ทั้งเนื้องอกหลักและการแพร่กระจาย โดยไม่ทำลายเซลล์ที่แข็งแรง”
เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ Dowdy และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ศึกษาศักยภาพในการต้านมะเร็งของ RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม siRNA ทั่วไปเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่มีประจุลบ ซึ่งเนื่องจากคุณสมบัติของมัน จึงส่งเข้าสู่เซลล์ได้ยากมาก เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้โปรตีนส่งสัญญาณสั้น PTD (โดเมนการถ่ายทอดเปปไทด์) ก่อนหน้านี้ มีการสร้าง “โปรตีนไฮบริด” มากกว่า 50 ชนิดขึ้นพร้อมการใช้งาน โดย PTD ถูกรวมเข้ากับโปรตีนยับยั้งเนื้องอก
อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อ siRNA กับ PTD อย่างง่ายไม่ได้นำไปสู่การส่ง RNA เข้าสู่เซลล์: siRNA มีประจุลบ PTD มีประจุบวก ส่งผลให้เกิดกลุ่มบริษัท RNA-โปรตีนหนาแน่นซึ่งไม่ได้ขนส่งผ่าน เยื่อหุ้มเซลล์- ดังนั้นนักวิจัยจึงจับคู่ PTD กับโดเมนโปรตีนที่มีผลผูกพันกับ RNA ซึ่งจะทำให้ประจุลบของ siRNA เป็นกลาง (ส่งผลให้เกิดโปรตีนฟิวชันที่เรียกว่า PTD-DRBD) คอมเพล็กซ์ RNA-โปรตีนดังกล่าวผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างง่ายดายและเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ โดยจะยับยั้งโปรตีน RNA ของ Messenger ที่กระตุ้นการเติบโตของเนื้องอกโดยเฉพาะ
เพื่อตรวจสอบความสามารถของฟิวชันโปรตีน PTD-DRBD ในการส่ง siRNA เข้าสู่เซลล์ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เซลล์ไลน์ที่ได้มาจากมะเร็งปอดของมนุษย์ หลังจากทำการรักษาเซลล์ด้วย PTD-DRBD-siRNA พบว่าเซลล์เนื้องอกมีความไวต่อ siRNA มากที่สุด ในขณะที่เซลล์ปกติ (ทีเซลล์ เซลล์บุผนังหลอดเลือด และเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนถูกนำมาใช้เป็นตัวควบคุม) ซึ่งไม่มีการผลิตสารก่อมะเร็งเพิ่มขึ้น โปรตีนไม่พบผลเป็นพิษ
วิธีนี้สามารถปรับเปลี่ยนได้หลายอย่าง โดยใช้ siRNA ที่แตกต่างกันเพื่อยับยั้งโปรตีนของเนื้องอกที่แตกต่างกัน ไม่เพียงแต่โปรตีนที่ผลิตออกมามากเกินไปเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโปรตีนที่กลายพันธุ์ด้วย นอกจากนี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนการรักษาได้ในกรณีที่เนื้องอกกลับเป็นซ้ำ ซึ่งมักจะดื้อต่อยาเคมีบำบัดเนื่องจากการกลายพันธุ์ครั้งใหม่
โรคมะเร็งมีความแปรปรวนมากและลักษณะโมเลกุลของโปรตีนเซลล์เนื้องอกนั้นแตกต่างกันไปสำหรับผู้ป่วยแต่ละราย ผู้เขียนผลงานเชื่อว่าในสถานการณ์เช่นนี้ การใช้ RNA ที่รบกวนเล็กน้อยเป็นแนวทางการบำบัดที่มีเหตุผลที่สุด
ในเซลล์ที่มีชีวิต การไหลเวียนของข้อมูลระหว่างนิวเคลียสและไซโตพลาสซึมไม่เคยแห้งเหือด แต่การทำความเข้าใจ "การหมุนวน" ทั้งหมดของมันและการถอดรหัสข้อมูลที่เข้ารหัสในนั้นถือเป็นภารกิจที่หนักหน่วงอย่างแท้จริง หนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดทางชีววิทยาของศตวรรษที่ผ่านมาถือได้ว่าเป็นการค้นพบข้อมูล (หรือเมทริกซ์) โมเลกุล RNA (mRNA หรือ mRNA) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการนำ "ข้อความ" ข้อมูลจากนิวเคลียส (จากโครโมโซม) ไปยังไซโตพลาสซึม . บทบาทชี้ขาดของ RNA ในการสังเคราะห์โปรตีนได้รับการทำนายย้อนกลับไปในปี 1939 ในงานของ Thorbjörn Kaspersson ( ทอร์บยอร์น แคสเปอร์สัน), ฌอง บราเชต้า ( ฌอง บราเชต์) และแจ็ค ชูลท์ซ ( แจ็ค ชูลท์ซ) และในปี 1971 จอร์จ มาร์ไบส์ ( จอร์จ มาร์ไบซ์) กระตุ้นการสังเคราะห์ฮีโมโกลบินในโอโอไซต์ของกบโดยการฉีด RNA ของสารส่งสารของกระต่ายที่แยกได้ตัวแรกที่เข้ารหัสโปรตีนนี้
ในปี พ.ศ. 2499-2500 ในสหภาพโซเวียต A. N. Belozersky และ A. S. Spirin พิสูจน์การมีอยู่ของ mRNA อย่างอิสระ และยังพบว่า RNA จำนวนมากในเซลล์ไม่ใช่เทมเพลต แต่ ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ(อาร์อาร์เอ็นเอ) Ribosomal RNA - RNA ของเซลล์ประเภท "หลัก" ที่สอง - สร้าง "โครงกระดูก" และศูนย์กลางการทำงานของไรโบโซมในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด มันคือ rRNA (ไม่ใช่โปรตีน) ที่ควบคุมขั้นตอนหลักของการสังเคราะห์โปรตีน ในเวลาเดียวกัน RNA ประเภท "หลัก" ที่สามได้รับการอธิบายและศึกษา - ถ่ายโอน RNA(tRNA) ซึ่งเมื่อรวมกับอีกสองชนิดคือ mRNA และ rRNA จะสร้างคอมเพล็กซ์การสังเคราะห์โปรตีนเดี่ยว ตามสมมติฐาน "โลก RNA" ที่ได้รับความนิยมพอสมควรก็คือสิ่งนี้ กรดนิวคลีอิกนอนอยู่ที่ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก
เนื่องจาก RNA มีคุณสมบัติที่ชอบน้ำมากกว่ามากเมื่อเทียบกับ DNA (เนื่องจากการแทนที่ดีออกซีไรโบสด้วยไรโบส) จึงมีความคล่องตัวมากกว่าและสามารถเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างอิสระในเซลล์ ดังนั้นจึงส่งแบบจำลองข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีอายุสั้น (mRNA) ไปยังจุดที่มันเริ่มสังเคราะห์โปรตีน อย่างไรก็ตามเป็นที่น่าสังเกตว่า "ความไม่สะดวก" ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ - RNA นั้นไม่เสถียรมาก มันถูกเก็บไว้แย่กว่า DNA มาก (แม้แต่ภายในเซลล์) และสลายตัวเมื่อสภาวะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย (อุณหภูมิ, pH) นอกจากความไม่แน่นอน "ของตัวเอง" แล้ว ยังมีส่วนสำคัญอีกมากที่เป็นของไรโบนิวคลีเอส (หรือ RNases) ซึ่งเป็นเอ็นไซม์ที่แยกอาร์เอ็นเอประเภทหนึ่งซึ่งมีความเสถียรและ "แพร่หลาย" มาก - แม้แต่ผิวหนังของมือของผู้ทดลองก็ยังมีเอ็นไซม์เหล่านี้เพียงพอที่จะลบล้าง การทดลองทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การทำงานกับ RNA จึงยากกว่าโปรตีนหรือ DNA มาก โดยทั่วไปสามารถเก็บไว้ได้หลายแสนปีโดยแทบไม่มีความเสียหายเลย
การดูแลที่ยอดเยี่ยมระหว่างการทำงาน ถุงมือแบบไตรกลั่น ถุงมือปลอดเชื้อ เครื่องแก้วสำหรับห้องปฏิบัติการแบบใช้แล้วทิ้ง ทั้งหมดนี้จำเป็นเพื่อป้องกันการเสื่อมสลายของ RNA แต่การรักษามาตรฐานดังกล่าวไม่สามารถทำได้เสมอไป ดังนั้นเป็นเวลานานที่พวกเขาไม่ใส่ใจกับ "ชิ้นส่วน" สั้น ๆ ของ RNA ซึ่งเป็นสารละลายที่ปนเปื้อนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป เป็นที่ชัดเจนว่าแม้จะมีความพยายามทั้งหมดเพื่อรักษาความปลอดเชื้อของพื้นที่ทำงาน แต่ "เศษซาก" ยังคงถูกค้นพบตามธรรมชาติ และจากนั้นปรากฎว่ามี RNA ที่มีเกลียวคู่สั้น ๆ หลายพันตัวอยู่ในไซโตพลาสซึมเสมอ ทำหน้าที่เฉพาะเจาะจงมากและจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับเซลล์และสิ่งมีชีวิตที่มีการพัฒนาตามปกติ
หลักการรบกวน RNA
เภสัชกรยังสนใจในความเป็นไปได้ของการใช้ siRNA เนื่องจากความสามารถในการควบคุมการทำงานของยีนแต่ละตัวโดยเฉพาะทำให้เกิดโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนในการรักษาโรคต่างๆ ขนาดที่เล็กและมีความจำเพาะสูงของการออกฤทธิ์รับประกันประสิทธิภาพสูงและความเป็นพิษต่ำของยาที่ใช้ siRNA ยังไงก็แก้ปัญหาได้ จัดส่ง siRNA ไปยังเซลล์ที่เป็นโรคในร่างกายยังไม่ประสบความสำเร็จ - นี่เป็นเพราะความเปราะบางและความเปราะบางของโมเลกุลเหล่านี้ และถึงแม้ว่าหลายสิบทีมกำลังพยายามค้นหาวิธีที่จะนำ "กระสุนวิเศษ" เหล่านี้ไปยังเป้าหมาย (ภายในอวัยวะที่เป็นโรค) ได้อย่างแม่นยำ แต่พวกเขาก็ยังไม่ประสบความสำเร็จที่มองเห็นได้ นอกจากนี้ยังมีปัญหาอื่น ๆ อีก ตัวอย่างเช่นในกรณีของการรักษาด้วยยาต้านไวรัส การเลือกการกระทำของ siRNA สูงอาจเป็นผลเสียได้ - เนื่องจากไวรัสกลายพันธุ์อย่างรวดเร็ว สายพันธุ์ที่ถูกดัดแปลงจะสูญเสียความไวต่อ siRNA ที่เลือกไว้ในช่วงเริ่มต้นของการบำบัดอย่างรวดเร็ว: เป็นที่ทราบกันดีว่า การแทนที่นิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียวใน siRNA จะช่วยลดผลการรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ
เมื่อมาถึงจุดนี้ ก็คุ้มค่าที่จะนึกถึงอีกครั้ง - siRNA ถูกค้นพบ เฉพาะในพืช สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง และสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเท่านั้น- แม้ว่าความคล้ายคลึงกันของโปรตีนสำหรับการรบกวน RNA (Dicer, RISC complex) ก็มีอยู่ในสัตว์ชั้นสูงเช่นกัน แต่วิธีการทั่วไปตรวจไม่พบ siRNA เป็นเรื่องน่าประหลาดใจเมื่อใด แนะนำเทียมอะนาล็อก siRNA สังเคราะห์ทำให้เกิดผลกระทบที่ขึ้นกับขนาดยาที่เฉพาะเจาะจงอย่างมากในการเพาะเลี้ยงเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม! ซึ่งหมายความว่าในเซลล์สัตว์มีกระดูกสันหลัง การรบกวน RNA จะไม่ถูกแทนที่อีกต่อไป ระบบที่ซับซ้อนภูมิคุ้มกัน แต่พัฒนาไปพร้อมกับสิ่งมีชีวิต กลายเป็นสิ่งที่ "ก้าวหน้า" มากขึ้น ด้วยเหตุนี้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจึงไม่จำเป็นต้องมองหาความคล้ายคลึงของ siRNA ที่แน่นอน แต่สำหรับผู้สืบทอดทางวิวัฒนาการของพวกมัน
ผู้เล่น # 2 - ไมโครอาร์เอ็นเอ
อันที่จริงตามกลไกวิวัฒนาการโบราณของการรบกวน RNA ระบบพิเศษสองระบบสำหรับควบคุมการทำงานของยีนปรากฏในสิ่งมีชีวิตที่พัฒนาแล้วมากขึ้น แต่ละระบบใช้กลุ่ม RNA ขนาดเล็กของตัวเอง - ไมโครอาร์เอ็นเอ(ไมโครอาร์เอ็นเอ) และ ปิอาร์น่า(piRNA, RNA ที่มีปฏิกิริยาระหว่าง Piwi) ทั้งสองระบบปรากฏในฟองน้ำและซีเลนเตอเรตและพัฒนาร่วมกับพวกมัน โดยแทนที่ siRNA และกลไกของการรบกวน RNA แบบ "เปล่า" บทบาทในการสร้างภูมิคุ้มกันลดลง เนื่องจากฟังก์ชันนี้ถูกควบคุมโดยกลไกขั้นสูงของภูมิคุ้มกันของเซลล์ โดยเฉพาะระบบอินเตอร์เฟอรอน อย่างไรก็ตาม ระบบนี้มีความไวมากจนถูกกระตุ้นโดย siRNA เองด้วย กล่าวคือ การปรากฏตัวของ RNA แบบเกลียวคู่ขนาดเล็กในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะกระตุ้นให้เกิด "สัญญาณเตือน" (กระตุ้นการหลั่งของอินเตอร์เฟอรอน และทำให้เกิดการแสดงออกของยีนที่ขึ้นอยู่กับอินเตอร์เฟอรอน ซึ่งบล็อกกระบวนการแปลทั้งหมดโดยสิ้นเชิง) ในเรื่องนี้กลไกของการรบกวน RNA ในสัตว์ชั้นสูงนั้นส่วนใหญ่เป็นสื่อกลางโดย microRNA และ piRNA ซึ่งเป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่มีโครงสร้างเฉพาะที่ระบบอินเตอร์เฟอรอนตรวจไม่พบ
เมื่อจีโนมมีความซับซ้อนมากขึ้น microRNA และ piRNA ก็มีบทบาทมากขึ้นในการควบคุมการถอดความและการแปล เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันกลายเป็นระบบการควบคุมจีโนมเพิ่มเติม แม่นยำ และละเอียดอ่อน ต่างจาก siRNA, microRNA และ piRNA (ค้นพบในปี 2544 ดูกล่องที่ 3) ไม่ได้ผลิตจากโมเลกุล RNA ที่มีเกลียวคู่จากต่างประเทศ แต่จะถูกเข้ารหัสในจีโนมของโฮสต์ในตอนแรก
พบ: microRNA
สารตั้งต้นของ microRNA ถูกคัดลอกมาจาก DNA จีโนมทั้งสองเส้นโดย RNA polymerase II ส่งผลให้เกิดรูปแบบสื่อกลาง - pri-microRNA - ซึ่งมีคุณสมบัติของ mRNA ธรรมดา - m 7 G-cap และ polyA tail สารตั้งต้นนี้ก่อตัวเป็นวงโดยมี "หาง" ที่เป็นเกลียวเดี่ยวสองอันและมีนิวคลีโอไทด์ที่ไม่มีคู่หลายตัวอยู่ตรงกลาง (รูปที่ 3) การวนซ้ำดังกล่าวผ่านการประมวลผลสองขั้นตอน (รูปที่ 4): ขั้นแรก endonuclease Drosha จะตัด "หาง" RNA แบบเกลียวเดี่ยวออกจากกิ๊บ หลังจากนั้นกิ๊บที่ตัดออก (pre-microRNA) จะถูกส่งออกไปยังไซโตพลาสซึม โดยที่ ได้รับการยอมรับจาก Dicer ซึ่งทำการตัดอีกสองครั้ง (ตัดส่วนที่เป็นเกลียวคู่ออก ระบุด้วยสีในรูปที่ 3) ในรูปแบบนี้ microRNA ที่เจริญเต็มที่ซึ่งคล้ายกับ siRNA จะรวมอยู่ใน RISC complex
รูปที่ 3 โครงสร้างของโมเลกุลสารตั้งต้น microRNA แบบเกลียวคู่คุณสมบัติหลัก: การปรากฏตัวของลำดับอนุรักษ์ที่ก่อตัวเป็นกิ๊บ; การมีอยู่ของสำเนาเสริม (microRNA *) ที่มีนิวคลีโอไทด์ "พิเศษ" สองตัวที่ปลาย 3 ′; ลำดับเฉพาะ (2–8 bp) ที่สร้างไซต์การจดจำสำหรับเอนโดนิวคลีเอส ตัว microRNA นั้นถูกเน้นด้วยสีแดง - นี่คือสิ่งที่ Dicer ตัดออก
กลไกการออกฤทธิ์ของ microRNA จำนวนมากนั้นคล้ายคลึงกับการออกฤทธิ์ของ siRNA: RNA แบบสายเดี่ยวสั้น (21–25 นิวคลีโอไทด์) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนเชิงซ้อน RISC จับกับความจำเพาะสูงกับตำแหน่งเสริมในบริเวณ 3′ ที่ไม่ได้แปลของ mRNA เป้าหมาย การจับกันนำไปสู่การแตกแยกของ mRNA โดยโปรตีน Ago อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของ microRNA (เมื่อเทียบกับ siRNA) มีความแตกต่างมากกว่าอยู่แล้ว - หากการเสริมกันไม่สมบูรณ์ mRNA เป้าหมายอาจไม่ถูกลดระดับ แต่จะถูกบล็อกแบบย้อนกลับเท่านั้น (จะไม่มีการแปล) สามารถใช้คอมเพล็กซ์ RISC เดียวกันได้ แนะนำเทียมซินา สิ่งนี้อธิบายว่าทำไม siRNA ที่สร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบกับโปรโตซัวจึงมีบทบาทในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นกัน
ดังนั้นเราสามารถเสริมภาพประกอบของกลไกการออกฤทธิ์ของการรบกวน RNA ในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น (สมมาตรทั้งสองข้าง) โดยการรวมแผนภาพการกระทำของ microRNA และ siRNA ที่แนะนำทางเทคโนโลยีชีวภาพในรูปเดียว (รูปที่ 5)
รูปที่ 5 รูปแบบการทำงานทั่วไปของ microRNA และ siRNA เทียม(siRNA เทียมถูกนำเข้าสู่เซลล์โดยใช้พลาสมิดเฉพาะ - การกำหนดเป้าหมายเวกเตอร์ siRNA).
หน้าที่ของไมโครอาร์เอ็นเอ
หน้าที่ทางสรีรวิทยาของ microRNA นั้นมีความหลากหลายอย่างมาก - อันที่จริงพวกมันทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมหลักที่ไม่ใช่โปรตีนของการสร้างเซลล์ microRNA ไม่ได้ยกเลิก แต่เสริมรูปแบบ "คลาสสิก" ของการควบคุมยีน (ตัวเหนี่ยวนำ ตัวยับยั้ง การบดอัดโครมาติน ฯลฯ ) นอกจากนี้ การสังเคราะห์ microRNA เองก็ได้รับการควบคุมที่ซับซ้อน (กลุ่มของ microRNA บางแห่งสามารถเปิดใช้งานได้โดย interferons, interleukins, ปัจจัยเนื้อร้ายของเนื้องอก α (TNF-α) และไซโตไคน์อื่น ๆ อีกมากมาย) เป็นผลให้เครือข่ายหลายระดับในการปรับแต่ง "วงออเคสตรา" ซึ่งประกอบด้วยยีนหลายพันยีนเกิดขึ้น น่าทึ่งในความซับซ้อนและความยืดหยุ่นของมัน แต่สิ่งนี้ไม่ได้จบเพียงแค่นั้น
microRNA เป็น "สากล" มากกว่า siRNA: ยีน "วอร์ด" ไม่จำเป็นต้องเป็นส่วนเสริม 100% - การควบคุมยังดำเนินการผ่านการมีปฏิสัมพันธ์บางส่วน ปัจจุบัน หนึ่งในหัวข้อที่ร้อนแรงที่สุดในชีววิทยาระดับโมเลกุลคือการค้นหา microRNA ที่ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมทางเลือกของกระบวนการทางสรีรวิทยาที่รู้จัก ตัวอย่างเช่น มีการอธิบาย microRNA ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมวัฏจักรของเซลล์และการตายของเซลล์ในพืช แมลงหวี่ และไส้เดือนฝอยแล้ว ในมนุษย์ microRNAs ควบคุมระบบภูมิคุ้มกันและการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือด การใช้เทคโนโลยีที่ใช้ไบโอชิป (การคัดกรองไมโครอาร์เรย์) แสดงให้เห็นว่ากลุ่ม RNA ขนาดเล็กทั้งหมดถูกเปิดและปิดในช่วงชีวิตของเซลล์ที่แตกต่างกัน สำหรับ กระบวนการทางชีวภาพสามารถระบุ microRNA ที่เฉพาะเจาะจงได้หลายสิบตัว ซึ่งเป็นระดับของการแสดงออกภายใต้เงื่อนไขบางประการที่เปลี่ยนแปลงไปหลายพันครั้ง โดยเน้นย้ำถึงความสามารถในการควบคุมที่ยอดเยี่ยมของกระบวนการเหล่านี้
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่า microRNAs ยับยั้งการทำงานของยีนทั้งหมดหรือเพียงบางส่วนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ปรากฎว่าการกระทำของ microRNA อาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงขึ้นอยู่กับสถานะของเซลล์! ในเซลล์ที่มีการแบ่งตัวอย่างรวดเร็ว microRNA จะจับกับลำดับเสริมในบริเวณ 3′ ของ mRNA และยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน (การแปล) อย่างไรก็ตาม ในสภาวะพักผ่อนหรือความเครียด (เช่น เมื่อเติบโตในสภาพแวดล้อมที่ไม่ดี) เหตุการณ์เดียวกันนี้นำไปสู่ผลตรงกันข้าม - เพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนเป้าหมาย!
วิวัฒนาการของไมโครอาร์เอ็นเอ
จำนวนพันธุ์ microRNA ในสิ่งมีชีวิตระดับสูงยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างสมบูรณ์ - จากข้อมูลบางส่วนพบว่าเกิน 1% ของจำนวนยีนเข้ารหัสโปรตีน (เช่นในมนุษย์พวกเขาบอกว่ามี microRNA 700 ตัวและจำนวนนี้คือ เติบโตอย่างต่อเนื่อง) microRNA ควบคุมกิจกรรมประมาณ 30% ของยีนทั้งหมด (ยังไม่ทราบเป้าหมายของยีนหลายตัว) และมีทั้งโมเลกุลที่แพร่หลายและจำเพาะต่อเนื้อเยื่อ ตัวอย่างเช่น กลุ่ม microRNA ที่สำคัญแห่งหนึ่งจะควบคุมการเจริญเติบโตของก้านเลือด เซลล์
โปรไฟล์การแสดงออกที่กว้างในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ และความชุกทางชีวภาพของ microRNA บ่งชี้ถึงต้นกำเนิดที่มีวิวัฒนาการมาตั้งแต่สมัยโบราณ MicroRNA ถูกค้นพบครั้งแรกในไส้เดือนฝอย และเชื่อกันมานานแล้วว่าโมเลกุลเหล่านี้ปรากฏเฉพาะในฟองน้ำและซีเลนเตอเรตเท่านั้น อย่างไรก็ตาม พวกมันถูกค้นพบในเวลาต่อมาในสาหร่ายเซลล์เดียว สิ่งที่น่าสนใจคือเมื่อสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากขึ้น จำนวนและความแตกต่างของพูล miRNA ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน สิ่งนี้บ่งชี้โดยอ้อมว่าความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เกิดขึ้นจากการทำงานของ microRNA โดยเฉพาะ วิวัฒนาการที่เป็นไปได้ของ miRNA แสดงไว้ในรูปที่ 6
รูปที่ 6 ความหลากหลายของ MicroRNA ในสิ่งมีชีวิตต่างๆยิ่งองค์กรของสิ่งมีชีวิตสูงเท่าไรก็ยิ่งพบ microRNAs มากขึ้นเท่านั้น (ตัวเลขในวงเล็บ) ชนิดที่พบจะถูกเน้นด้วยสีแดง เดี่ยวไมโครอาร์เอ็นเอ
ความเชื่อมโยงเชิงวิวัฒนาการที่ชัดเจนสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง siRNA และ microRNA โดยอาศัยข้อเท็จจริงต่อไปนี้:
- การกระทำของทั้งสองประเภทใช้แทนกันได้และเป็นสื่อกลางโดยโปรตีนที่คล้ายคลึงกัน
- siRNAs ที่นำเข้าสู่เซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยเฉพาะ "ปิด" ยีนที่ต้องการ (แม้ว่าจะมีการกระตุ้นการป้องกันอินเตอร์เฟอรอนบ้างก็ตาม)
- microRNAs กำลังถูกค้นพบในสิ่งมีชีวิตโบราณมากขึ้นเรื่อยๆ
ข้อมูลเหล่านี้และข้อมูลอื่นๆ ชี้ให้เห็นถึงต้นกำเนิดของทั้งสองระบบจาก "บรรพบุรุษ" ที่เหมือนกัน เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าภูมิคุ้มกัน "RNA" ในฐานะสารตั้งต้นอิสระของแอนติบอดีโปรตีนยืนยันทฤษฎีกำเนิดของรูปแบบแรกของชีวิตที่มีพื้นฐานบน RNA ไม่ใช่โปรตีน (จำได้ว่านี่เป็นทฤษฎีที่ชื่นชอบของนักวิชาการ A.S. Spirin) .
ยิ่งไปไกลเท่าไหร่ก็ยิ่งสับสนมากขึ้นเท่านั้น ผู้เล่น #3 - ไพอาร์น่า
ในขณะที่มี "ผู้เล่น" เพียงสองคนในแวดวงอณูชีววิทยา - siRNA และ microRNA - "จุดประสงค์" หลักของการรบกวน RNA ดูเหมือนจะชัดเจนอย่างสมบูรณ์ อันที่จริง: ชุดของ RNA และโปรตีนสั้น ๆ ที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ก็มีการกระทำที่คล้ายกัน เมื่อสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากขึ้น ฟังก์ชั่นการทำงานก็เช่นกัน
อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการวิวัฒนาการ ธรรมชาติได้สร้างระบบวิวัฒนาการใหม่ล่าสุดและมีความเชี่ยวชาญสูงอีกระบบหนึ่ง โดยอาศัยหลักการเดียวกันที่ประสบความสำเร็จของการรบกวน RNA เรากำลังพูดถึง piRNA (piRNA, จาก RNA ปฏิสัมพันธ์ของ Piwi).
ยิ่งมีการจัดระเบียบจีโนมที่ซับซ้อนมากขึ้นเท่าใด สิ่งมีชีวิตก็จะได้รับการพัฒนาและปรับตัวมากขึ้นเท่านั้น (หรือในทางกลับกัน? ;-) อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนของจีโนมที่เพิ่มขึ้นก็มีข้อเสียเช่นกัน นั่นคือระบบพันธุกรรมที่ซับซ้อนจะกลายเป็น ไม่เสถียร- สิ่งนี้นำไปสู่ความจำเป็นสำหรับกลไกที่รับผิดชอบในการรักษาความสมบูรณ์ของจีโนม - มิฉะนั้น "การผสม" ของ DNA ที่เกิดขึ้นเองจะทำให้ไม่สามารถใช้งานมันได้ องค์ประกอบทางพันธุกรรมเคลื่อนที่ ( เอ็มจีอี) - หนึ่งในปัจจัยหลักของความไม่แน่นอนของจีโนม - คือบริเวณที่ไม่เสถียรในระยะสั้น ซึ่งสามารถถอดความและเคลื่อนย้ายได้โดยอัตโนมัติทั่วทั้งจีโนม การเปิดใช้งานองค์ประกอบที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ทำให้เกิดการแตกตัวของ DNA ในโครโมโซมหลายครั้ง ซึ่งอาจส่งผลร้ายแรงได้
จำนวน MGE เพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้นตามขนาดจีโนม และกิจกรรมของพวกมันจะต้องถูกจำกัดไว้ ในการทำเช่นนี้ สัตว์ที่เริ่มต้นด้วย coelenterates จะใช้ปรากฏการณ์เดียวกันของการรบกวน RNA ฟังก์ชั่นนี้ยังดำเนินการโดย RNA สั้น ๆ แต่ไม่ใช่ฟังก์ชั่นที่กล่าวถึงแล้ว แต่เป็นประเภทที่สาม - piRNA
“ภาพเหมือน” ของ piRNA
หน้าที่ของไพอาร์เอ็นเอ
หน้าที่หลักของ piRNA คือการระงับกิจกรรม MGE ในระดับการถอดเสียงและการแปล เชื่อกันว่า piRNA ทำงานเฉพาะในระหว่างการกำเนิดเอ็มบริโอเท่านั้น เมื่อการสับเปลี่ยนจีโนมที่คาดเดาไม่ได้เป็นอันตรายอย่างยิ่งและอาจนำไปสู่การตายของเอ็มบริโอได้ นี่เป็นเหตุผลที่สมเหตุสมผล เมื่อระบบภูมิคุ้มกันยังไม่เริ่มทำงาน เซลล์ของเอ็มบริโอต้องการการปกป้องที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพ รก (หรือเปลือกไข่) ปกป้องตัวอ่อนจากเชื้อโรคภายนอกได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่นอกเหนือจากนี้ การป้องกันก็จำเป็นจากไวรัสภายนอก (ภายใน) ซึ่งส่วนใหญ่เป็น MGE
บทบาทของ piRNA นี้ได้รับการยืนยันจากประสบการณ์ - "การทำให้ล้มลง" หรือการกลายพันธุ์ของยีน Ago3, Piwi หรือ Aub นำไปสู่ความผิดปกติของพัฒนาการที่ร้ายแรง (และจำนวนการกลายพันธุ์ในจีโนมของสิ่งมีชีวิตดังกล่าวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว) และยังทำให้เกิด ภาวะมีบุตรยากเนื่องจากการหยุดชะงักของการพัฒนาเซลล์สืบพันธุ์
การแพร่กระจายและวิวัฒนาการของ piRNA
piRNA แรกพบแล้วในดอกไม้ทะเลและฟองน้ำ เห็นได้ชัดว่าพืชใช้เส้นทางที่แตกต่างออกไป - ไม่พบโปรตีน Piwi ในพวกมัน และบทบาทของ "ปากกระบอกปืน" สำหรับ transposons นั้นดำเนินการโดย endonuclease Ago4 และ siRNA
ในสัตว์ชั้นสูง รวมถึงมนุษย์ ระบบ piRNA ได้รับการพัฒนาเป็นอย่างดี แต่สามารถพบได้ในเซลล์ของตัวอ่อนและในเอ็นโดทีเลียมจากน้ำคร่ำเท่านั้น เหตุใดการกระจายตัวของ piRNA ในร่างกายจึงจำกัดมาก ต้องรอติดตามกันต่อไป สันนิษฐานได้ว่าเช่นเดียวกับอาวุธทรงพลังอื่น ๆ piRNA จะมีประโยชน์ภายใต้เงื่อนไขที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น (ในระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์) และในร่างกายของผู้ใหญ่กิจกรรมของพวกมันจะก่อให้เกิดอันตรายมากกว่าผลดี ถึงกระนั้น จำนวนของ piRNA ก็ยังมีความสำคัญมากกว่าจำนวนโปรตีนที่รู้จัก และผลกระทบที่ไม่เฉพาะเจาะจงของ piRNA ในเซลล์ที่เจริญเต็มที่นั้นยากที่จะคาดเดาได้
| ซินา | ไมโครอาร์เอ็นเอ | ปิอาร์น่า | |
|---|---|---|---|
| การแพร่กระจาย | พืช, แมลงหวี่, ค. เอเลแกนส์- ไม่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลัง | ยูคาริโอต | เซลล์ตัวอ่อนของสัตว์ (เริ่มต้นด้วย coelenterates) ไม่ได้อยู่ในโปรโตซัวและพืช |
| ความยาว | นิวคลีโอไทด์ 21–22 | นิวคลีโอไทด์ 19–25 | นิวคลีโอไทด์ 24–30 |
| โครงสร้าง | นิวคลีโอไทด์เสริม 19 ตัวแบบเกลียวคู่ และนิวคลีโอไทด์ที่ไม่จับคู่ 2 ตัวที่ปลาย 3′ | โครงสร้างที่ซับซ้อนแบบโซ่เดี่ยว | โครงสร้างที่ซับซ้อนแบบโซ่เดี่ยว U ที่ปลาย 5′, ปลาย 2′ โอ-ปลายเมทิลเลต 3′ |
| กำลังประมวลผล | ขึ้นอยู่กับ Dicer | ขึ้นอยู่กับ Dicer | Dicer อิสระ |
| เอ็นโดนิวคลีเอส | ที่ผ่านมา2 | ที่ผ่านมา1, ที่ผ่านมา2 | ที่แล้ว3, ปิวี, ออบ |
| กิจกรรม | การย่อยสลาย mRNA เสริม, อะซิติเลชั่นของ DNA จีโนม | การย่อยสลายหรือการยับยั้งการแปล mRNA เป้าหมาย | การสลายตัวของการเข้ารหัส mRNA MGE, การควบคุมการถอดรหัส MGE |
| บทบาททางชีวภาพ | การป้องกันภูมิคุ้มกันด้วยยาต้านไวรัส การยับยั้งการทำงานของยีนของตัวเอง | การควบคุมกิจกรรมของยีน | การปราบปรามกิจกรรม MGE ระหว่างการกำเนิดเอ็มบริโอ |
บทสรุป
โดยสรุป ฉันต้องการนำเสนอตารางที่แสดงวิวัฒนาการของอุปกรณ์โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการรบกวน RNA (รูปที่ 9) จะเห็นได้ว่าโปรโตซัวมีระบบ siRNA ที่พัฒนามากที่สุด (ตระกูลโปรตีน Ago, Dicer) และเมื่อสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากขึ้น การเน้นจะเปลี่ยนไปใช้ระบบพิเศษมากขึ้น - จำนวนไอโซฟอร์มโปรตีนสำหรับ microRNA (Drosha, Pasha) และ piRNA ( พิวี, Hen1) เพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน ความหลากหลายของเอนไซม์ที่เป็นสื่อกลางในการทำงานของ siRNA ก็ลดลง
รูปที่ 9 ความหลากหลายของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการรบกวน RNA(ตัวเลขระบุจำนวนโปรตีนของแต่ละกลุ่ม) สีฟ้าองค์ประกอบที่มีลักษณะเฉพาะของ siRNA และ microRNA จะถูกเน้น และ สีแดง- โปรตีน และที่เกี่ยวข้องกับ piRNA
ปรากฏการณ์ของการรบกวน RNA เริ่มถูกนำมาใช้โดยสิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุด ด้วยกลไกนี้ ธรรมชาติได้สร้างต้นแบบของระบบภูมิคุ้มกัน และเมื่อสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากขึ้น การรบกวน RNA ก็กลายเป็นตัวควบคุมกิจกรรมจีโนมที่ขาดไม่ได้ กลไกที่แตกต่างกันสองกลไกบวกกับ RNA สั้นสามประเภท ( ซม.แท็บ 1) - ด้วยเหตุนี้ เราจึงเห็นตัวควบคุมที่ดีหลายพันรายการเกี่ยวกับเส้นทางเมแทบอลิซึมและพันธุกรรมต่างๆ ภาพอันน่าทึ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจและการปรับตัวเชิงวิวัฒนาการของโมเลกุล ระบบชีวภาพ- RNA สั้น ๆ พิสูจน์อีกครั้งว่าไม่มี "สิ่งเล็กน้อย" ภายในเซลล์ - มีเพียงโมเลกุลเล็ก ๆ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อบทบาทของใครที่เราเพิ่งเริ่มเข้าใจ
(จริงอยู่ ความซับซ้อนอันน่าอัศจรรย์เช่นนี้ค่อนข้างจะชี้ให้เห็นว่าวิวัฒนาการนั้น "มืดบอด" และกระทำโดยปราศจาก "แผนแม่บท" ที่ได้รับการอนุมัติล่วงหน้า
) ป้องกันการแปล mRNA บนไรโบโซมไปเป็นโปรตีนที่มันเข้ารหัส ท้ายที่สุดแล้ว ผลกระทบของ RNA ที่รบกวนเล็กน้อยจะเหมือนกับการลดการแสดงออกของยีน
RNA ที่มีการรบกวนขนาดเล็กถูกค้นพบในปี 1999 โดยกลุ่มของ David Baulcombe ในสหราชอาณาจักร โดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบการระงับเสียงของยีนหลังการถอดรหัสในพืช PTGS, en: การเงียบของยีนหลังการถอดเสียง- ทีมงานได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสาร Science
RNA แบบเกลียวคู่สามารถเพิ่มการแสดงออกของยีนผ่านกลไกที่เรียกว่าการกระตุ้นยีนที่ขึ้นกับ RNA RNAa การกระตุ้นยีนที่เกิดจาก RNA ขนาดเล็ก- มันแสดงให้เห็นว่า RNA แบบเกลียวคู่ที่เสริมกับโปรโมเตอร์ของยีนเป้าหมายทำให้เกิดการกระตุ้นการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้อง การเปิดใช้งานที่ขึ้นกับ RNA เมื่อบริหารงานของ RNA แบบเกลียวคู่สังเคราะห์ได้แสดงให้เห็นแล้วสำหรับเซลล์ของมนุษย์ ไม่มีใครรู้ว่ามีระบบที่คล้ายกันอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่นหรือไม่
การเปิดใช้งานความสามารถในการปิดยีนใดๆ ก็ตามตามต้องการ การรบกวน RNA ที่ใช้ RNA เพียงเล็กน้อยที่รบกวน ทำให้เกิดความสนใจอย่างมากในการวิจัยขั้นพื้นฐานและทางวิทยาศาสตร์ ชีววิทยาประยุกต์- จำนวนการทดสอบที่ใช้ RNAi ในวงกว้างเพื่อระบุยีนที่สำคัญในวิถีทางชีวเคมีกำลังเพิ่มขึ้น เนื่องจากการพัฒนาของโรคนั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรมของยีนด้วย คาดว่าในบางกรณีการปิดยีนโดยใช้ RNA ที่รบกวนเล็กน้อยอาจมีผลในการรักษาโรค
อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้การแทรกแซง RNA ที่ใช้ RNA ที่มีการรบกวนเล็กน้อยกับสัตว์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับมนุษย์ ต้องเผชิญกับความยากลำบากมากมาย การทดลองแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของ RNA ที่รบกวนเล็กน้อยนั้นแตกต่างกัน ประเภทต่างๆเซลล์: เซลล์บางเซลล์พร้อมตอบสนองต่อ RNA ที่รบกวนเล็กน้อยและแสดงการแสดงออกของยีนที่ลดลง ในขณะที่เซลล์อื่นๆ ไม่พบสิ่งนี้ แม้ว่าการถ่ายยีนจะมีประสิทธิภาพก็ตาม สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจแน่ชัด
ผลลัพธ์จากการทดลองระยะที่ 1 ของการบำบัดด้วย RNAi สองวิธีแรก (มีจุดประสงค์เพื่อรักษาจุดภาพชัดเสื่อม) ซึ่งตีพิมพ์ในปลายปี พ.ศ. 2548 แสดงให้เห็นว่าผู้ป่วยสามารถทนต่อยา RNA ขนาดเล็กที่รบกวนได้ง่ายและมีคุณสมบัติทางเภสัชจลนศาสตร์ที่ยอมรับได้
การทดลองทางคลินิกเบื้องต้นของ RNA ที่รบกวนขนาดเล็กที่มีเป้าหมายไปที่ไวรัสอีโบลา บ่งชี้ว่าอาร์เอ็นเอเหล่านี้อาจมีประสิทธิภาพในการป้องกันโรคหลังการสัมผัส ยานี้ช่วยให้ไพรเมตทดลองทั้งกลุ่มสามารถอยู่รอดได้หลังจากได้รับไวรัส Zaire Ebolavirus ในปริมาณที่ถึงตาย
ความยาวของ siRNA คือ 21-25 bp สร้างขึ้นจาก dsRNA แหล่งที่มาของ RNA ดังกล่าวอาจเป็นการติดเชื้อไวรัส โครงสร้างทางพันธุกรรมที่ใส่เข้าไปในจีโนม กิ๊บติดผมยาวในการถอดเสียง และการถอดรหัสแบบสองทิศทางขององค์ประกอบที่สามารถเคลื่อนย้ายได้
dsRNA ถูกตัดโดย RNase Dicer ให้เป็นชิ้นยาว 21-25 bp โดยมีปลายขนาด 3 นิ้วยื่นออกมาด้วยนิวคลีโอไทด์ 2 เส้น หลังจากนั้นสายโซ่หนึ่งก็เป็นส่วนหนึ่งของ RISC และควบคุมการตัด RNA ที่คล้ายคลึงกัน RISC ประกอบด้วย siRNA ที่สอดคล้องกับทั้งสายบวกและลบของ dsRNA siRNA ไม่มียีนของตัวเองและเป็นตัวแทนของ ชิ้นส่วนของ RNA ที่ยาวกว่า siRNA ทำหน้าที่ควบคุมการตัด RNA เป้าหมาย เนื่องจากพวกมันเป็นส่วนเสริมอย่างสมบูรณ์ ในพืช เชื้อรา และไส้เดือนฝอย RNA polymerase ที่ขึ้นกับ RNA นั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการยับยั้งการแสดงออกของยีน ซึ่ง siRNA ก็ทำหน้าที่เป็น ไพรเมอร์ (ไพรเมอร์สำหรับการสังเคราะห์ RNA ใหม่) dsRNA ที่ได้จะถูกตัดโดย Dicer และ siRNA ใหม่จะถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นเรื่องรอง ดังนั้น การขยายสัญญาณจึงเกิดขึ้น 
การรบกวนของอาร์เอ็นเอ
ในปี 1998 Craig C. Mello และ Andrew Fire ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ซึ่งเสนอว่า RNA แบบเกลียวคู่ (dsRNA) มีความสามารถในการยับยั้งการแสดงออกของยีน ต่อมาปรากฎว่าหลักการที่ใช้งานอยู่ในกระบวนการนี้คือ RNA แบบเกลียวเดี่ยวแบบสั้น กลไกการปราบปรามการแสดงออกของยีนโดยใช้ RNA เหล่านี้เรียกว่า
การรบกวน RNA เช่นเดียวกับการปิดเสียง RNA กลไกนี้พบได้ในแท็กซ่าขนาดใหญ่ทุกชนิดของยูคาริโอต: สัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง พืชและเชื้อรา ในปี 2549 เขาได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบนี้
การปราบปรามการแสดงออกสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับการถอดเสียงหรือภายหลังการถอดเสียง ปรากฎว่าในทุกกรณีจำเป็นต้องมีชุดโปรตีนและ RNA สั้น (21-32 bp) ที่คล้ายกัน
siRNA ควบคุมการทำงานของยีนได้สองวิธี ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น พวกเขาควบคุมการตัด RNA เป้าหมาย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การปราบปราม" ( การระงับ) ในเห็ด” การเงียบของยีนหลังการแปล"ในพืชและ" การรบกวนของอาร์เอ็นเอ
"ในสัตว์ต่างๆ siRNA ที่มีความยาว 21-23 bp เกี่ยวข้องกับกระบวนการเหล่านี้ ผลกระทบอีกประเภทหนึ่งก็คือ siRNA สามารถระงับการถอดรหัสของยีนที่มีลำดับ siRNA ที่คล้ายคลึงกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การปิดเสียงของยีนที่ถอดรหัสได้
(TGS) และพบได้ในยีสต์ พืช และสัตว์ siRNA ยังควบคุม DNA methylation ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเฮเทอโรโครมาตินและการปราบปรามการถอดรหัส มีการศึกษา TGS ดีที่สุดในยีสต์ S. pombe ซึ่งพบว่า siRNA ถูกรวมเข้ากับโปรตีนเชิงซ้อนที่มีลักษณะคล้าย RISC ที่เรียกว่า RITS ในกรณีของเขา เช่นเดียวกับในกรณีของ RISC siRNA มีปฏิกิริยากับโปรตีนในตระกูล AGO มีแนวโน้มว่า siRNA จะสามารถนำสารเชิงซ้อนนี้ไปยังยีนที่มีชิ้นส่วน siRNA ที่คล้ายคลึงกันได้ หลังจากนั้นโปรตีน RITS จะรับเมทิลทรานสเฟอเรสซึ่งเป็นผลมาจากการที่เฮเทอโรโครมาตินถูกสร้างขึ้นในโลคัสที่เข้ารหัสยีนเป้าหมาย siRNA และการแสดงออกของยีนที่ใช้งานอยู่จะหยุดลง 
บทบาทในกระบวนการเซลล์
siRNA ในเซลล์มีความสำคัญอย่างไร?
siRNA เกี่ยวข้องกับการปกป้องเซลล์จากไวรัส การปราบปรามของยีน การควบคุมยีนบางชนิด และการก่อตัวของเฮเทอโรโครมาตินแบบเซนโตรเมอริก หน้าที่สำคัญของ siRNA คือการยับยั้งการแสดงออกของอุปกรณ์เคลื่อนที่ องค์ประกอบทางพันธุกรรม- การปราบปรามดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในระดับการถอดเสียงและภายหลังการถอดเสียง
จีโนมของไวรัสบางชนิดประกอบด้วย DNA ในขณะที่บางชนิดประกอบด้วย RNA และ RNA ของไวรัสอาจเป็นแบบสายเดี่ยวหรือสายคู่ก็ได้ กระบวนการตัด mRNA ต่างประเทศ (ไวรัส) ในกรณีนี้เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับที่อธิบายไว้ข้างต้น นั่นคือโดยการเปิดใช้งานเอนไซม์ RISC ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม เพื่อประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น พืชและแมลงได้คิดค้นวิธีพิเศษในการเพิ่มผลการป้องกันของ siRNA ด้วยการต่อสาย mRNA ส่วนหนึ่งของ siRNA สามารถทำให้ mRNA สายที่สองสมบูรณ์ก่อนด้วยความช่วยเหลือของคอมเพล็กซ์เอนไซม์ DICER จากนั้นจึงตัดมันในตำแหน่งต่างๆ เพื่อสร้าง siRNA "รอง" ที่หลากหลาย ในทางกลับกัน พวกมันจะก่อตัว RISC และขนส่ง mRNA ผ่านขั้นตอนทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น จนกระทั่งถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ โมเลกุล "ทุติยภูมิ" ดังกล่าวจะสามารถจับโดยเฉพาะไม่เพียงแต่กับส่วนของ mRNA ของไวรัสที่โมเลกุล "ปฐมภูมิ" ถูกกำหนดทิศทางเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงพื้นที่อื่น ๆ ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันเซลล์อย่างมาก
ดังนั้นในพืชและสิ่งมีชีวิตระดับล่าง siRNA จึงเป็นส่วนสำคัญของ "ภูมิคุ้มกันภายในเซลล์" ที่ช่วยให้พวกมันจดจำและทำลาย RNA แปลกปลอมได้อย่างรวดเร็ว หากมี RNA ที่มีไวรัสเข้าไปในเซลล์ ระบบป้องกันดังกล่าวจะป้องกันไม่ให้มีการแพร่กระจาย หากไวรัสมี DNA ระบบ siRNA จะป้องกันไม่ให้สร้างโปรตีนของไวรัส (เนื่องจาก mRNA ที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้จะถูกรับรู้และตัดออก) และการใช้กลยุทธ์นี้จะชะลอการแพร่กระจายไปทั่วร่างกาย
สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต่างจากแมลงและพืชตรงที่มีระบบการป้องกันที่แตกต่างกัน เมื่อ RNA แปลกปลอมซึ่งมีความยาวมากกว่า 30 bp เข้าสู่เซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ "โตเต็มที่" (แตกต่าง) เซลล์จะเริ่มสังเคราะห์อินเตอร์เฟอรอน อินเตอร์เฟอรอนจับกับตัวรับจำเพาะบนพื้นผิวเซลล์จึงสามารถกระตุ้นยีนทั้งกลุ่มในเซลล์ได้ เป็นผลให้เอนไซม์หลายชนิดถูกสังเคราะห์ขึ้นในเซลล์ ซึ่งยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนและสลาย RNA ของไวรัส นอกจากนี้ อินเตอร์เฟอรอนยังสามารถออกฤทธิ์กับเซลล์ข้างเคียงที่ยังไม่ติดเชื้อ ซึ่งจะช่วยขัดขวางการแพร่กระจายของไวรัสที่อาจเกิดขึ้นได้
อย่างที่คุณเห็นทั้งสองระบบมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ: มีเป้าหมายและ "วิธีการ" ในการทำงานร่วมกัน แม้แต่ชื่อ "อินเตอร์เฟอรอน" และ "การรบกวน (RNA)" เองก็มาจากรากเหง้าร่วมกัน แต่พวกเขาก็มีความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งเช่นกัน: ถ้าอินเตอร์เฟอรอนที่สัญญาณแรกของการบุกรุกเพียงแค่ "หยุด" การทำงานของเซลล์โดยไม่อนุญาตให้ (ในกรณี) การผลิตจำนวนมากรวมถึงโปรตีนที่ "บริสุทธิ์" ในเซลล์ ดังนั้นระบบ siRNA จึงเข้าใจได้ง่ายมาก : siRNA แต่ละตัวจะจดจำและทำลายเฉพาะ mRNA เฉพาะของตัวเองเท่านั้น การแทนที่นิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียวภายใน siRNA ส่งผลให้ผลการรบกวนลดลงอย่างมาก - จนถึงขณะนี้ยังไม่มีตัวบล็อกยีนตัวใดที่มีความจำเพาะเป็นพิเศษสำหรับยีนเป้าหมาย
การค้นพบการรบกวนของ RNA ทำให้เกิดความหวังใหม่ในการต่อสู้กับโรคเอดส์และมะเร็ง อาจเป็นไปได้ว่าการใช้การบำบัด siRNA ร่วมกับการรักษาด้วยยาต้านไวรัสแบบดั้งเดิม จะทำให้สามารถบรรลุผลการเพิ่มศักยภาพได้ โดยการรักษาทั้งสองครั้งให้ผลการรักษามากกว่าผลรวมอย่างง่ายของแต่ละรายการที่ให้แยกกัน
ในการใช้กลไกการรบกวนของ siRNA ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จะต้องนำโมเลกุล siRNA แบบเกลียวคู่สำเร็จรูปเข้าไปในเซลล์ ขนาดที่เหมาะสมที่สุดของ siRNA สังเคราะห์ดังกล่าวคือนิวคลีโอไทด์ 21-28 ที่เท่ากัน หากคุณเพิ่มความยาว เซลล์จะตอบสนองโดยสร้างอินเตอร์เฟอรอนและลดการสังเคราะห์โปรตีน siRNA สังเคราะห์สามารถเข้าสู่ทั้งเซลล์ที่ติดเชื้อและเซลล์ที่มีสุขภาพดี และการผลิตโปรตีนที่ลดลงในเซลล์ที่ไม่ติดเชื้ออาจเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์อย่างมาก ในทางกลับกัน หากคุณพยายามใช้ siRNA ที่เล็กกว่า 21 นิวคลีโอไทด์ ความจำเพาะของการจับกับ mRNA ที่ต้องการและความสามารถในการสร้างคอมเพล็กซ์ RISC จะลดลงอย่างรวดเร็ว
หากเป็นไปได้ที่จะส่ง siRNA ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งซึ่งมีความสามารถในการผูกกับส่วนใด ๆ ของจีโนม HIV (ซึ่งอย่างที่ทราบกันดีว่าประกอบด้วย RNA) คุณสามารถลองป้องกันการรวมเข้ากับ DNA ของโฮสต์ได้ เซลล์ นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาวิธีการมีอิทธิพลต่อระยะต่างๆ ของการสืบพันธุ์ของเอชไอวีในเซลล์ที่ติดเชื้ออยู่แล้ว วิธีหลังนี้ไม่ได้ให้การรักษา แต่สามารถลดอัตราการแพร่พันธุ์ของไวรัสได้อย่างมาก และทำให้ระบบภูมิคุ้มกันที่ถูกมุมได้มีโอกาส "พักผ่อน" จากการโจมตีของไวรัส และพยายามจัดการกับส่วนที่เหลือของโรคด้วยตัวมันเอง ในภาพนี้ การสืบพันธุ์ของ HIV สองระยะในเซลล์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะสามารถบล็อกได้โดยใช้ siRNA นั้น มีเครื่องหมายกากบาทสีแดง (ระยะที่ 4-5 - การรวมของไวรัสเข้ากับโครโมโซม และระยะที่ 5-6 - การรวมตัวของ ไวรัสและออกจากเซลล์) 
อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้ สิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดเกี่ยวข้องกับสาขาทฤษฎีเท่านั้น ในทางปฏิบัติ การบำบัดด้วย siRNA ต้องเผชิญกับความยากลำบากที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถเอาชนะได้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการรักษาด้วยยาต้านไวรัส siRNA มีความจำเพาะสูงที่สามารถเล่นตลกร้ายได้ ดังที่ทราบกันดีว่าไวรัสมีความสามารถในการกลายพันธุ์อย่างรวดเร็วเช่น เปลี่ยนองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ เอชไอวีประสบความสำเร็จเป็นพิเศษในเรื่องนี้ ความถี่ของการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ผู้ติดเชื้อไวรัสชนิดย่อยหนึ่งสามารถพัฒนาชนิดย่อยที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงหลังจากผ่านไปไม่กี่ปี ในกรณีนี้ เชื้อ HIV สายพันธุ์ที่ถูกดัดแปลงจะไม่ไวต่อ siRNA ที่เลือกไว้เมื่อเริ่มการรักษาโดยอัตโนมัติ
ความชราและการก่อมะเร็ง
เช่นเดียวกับปัจจัยอีพิเจเนติกส์อื่นๆ siRNA ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนที่ถูกทำให้เงียบลง ขณะนี้มีผลงานที่อธิบายการทดลองปิดยีนที่เกี่ยวข้องกับเนื้องอก ยีนถูกปิด (น็อคดาวน์) โดยใช้ siRNA ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนใช้ siRNA เพื่อปิดยีน transcription factor 4 (TCF4) ซึ่งเป็นกิจกรรมที่ทำให้เกิดกลุ่มอาการ Pitt-Hopkins (โรคทางพันธุกรรมที่หายากมากซึ่งมีลักษณะเป็นภาวะปัญญาอ่อนและภาวะหายใจเร็วเกินและหยุดหายใจขณะหลับ) และโรคทางจิตอื่นๆ ในงานนี้ เราได้ศึกษาบทบาทของ TCF4 ในเซลล์มะเร็งกระเพาะอาหาร การแสดงออกนอกมดลูกของ TCF4 ช่วยลดการเติบโตของเซลล์ในเซลล์มะเร็งกระเพาะอาหาร ทำให้ยีน TCF4 ล้มลงโดยใช้ siRNA เพื่อเพิ่มการย้ายเซลล์ ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่าการปิดอีพิเจเนติกส์ (การปิดเสียง) ของยีน TCF4 มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวและการพัฒนาของเนื้องอก
จากการวิจัยในภาควิชาเนื้องอกวิทยา ศูนย์มะเร็ง Albert Einstein นำโดย Leonard H. Augenlicht siRNA เกี่ยวข้องกับการปิดยีน HDAC4 ซึ่งทำให้เกิดการยับยั้งการเจริญเติบโตของมะเร็งลำไส้ การตายของเซลล์ และการถอดรหัส p21 ที่เพิ่มขึ้น HDAC4 เป็นฮิสโตนดีอะเซติเลสที่มีความจำเพาะต่อเนื้อเยื่อ ยับยั้งการสร้างความแตกต่างของเซลล์ และการแสดงออกของมันจะถูกระงับในระหว่างกระบวนการสร้างความแตกต่างของเซลล์ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า HDAC4 เป็นตัวควบคุมสำคัญของการเพิ่มจำนวนเซลล์ลำไส้ใหญ่ (ซึ่งมีความสำคัญในกระบวนการมะเร็ง) และในทางกลับกัน ก็ถูกควบคุมโดย siRNA
ภาควิชาพยาธิวิทยา คณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยนารา ประเทศญี่ปุ่น ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับมะเร็งต่อมลูกหมาก การแก่ชราของเซลล์จำลองเป็นอุปสรรคต่อการแบ่งตัวและการก่อมะเร็งที่ไม่สามารถควบคุมได้ เซลล์แบ่งอายุสั้น (TAC) เป็นส่วนหนึ่งของประชากรเซลล์ต่อมลูกหมากซึ่งเป็นที่มาของเนื้องอก นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นศึกษาเหตุผลว่าทำไมเซลล์เหล่านี้จึงเอาชนะความชราได้ เซลล์ต่อมลูกหมากในการเพาะเลี้ยงได้รับการเปลี่ยนถ่ายด้วย junB siRNA สังเกตได้ในเซลล์เหล่านี้ ระดับที่เพิ่มขึ้นการแสดงออกของ p53, p21, p16 และ pRb ที่ตรวจพบในช่วงอายุ เซลล์ในการเพาะเลี้ยงที่แสดงระดับ p16 ที่ลดลงถูกนำมาใช้สำหรับขั้นตอนต่อไป การเปลี่ยนถ่าย siRNA ซ้ำ ๆ ลงใน TAC อนุญาตให้เซลล์หลีกเลี่ยงการชราภาพเมื่อปิดใช้งาน p16 / pRb นอกจากนี้ การปิดเสียงของโปรโตออนโคยีน junB โดย junB siRNA ทำให้เกิดการบุกรุกของเซลล์ จากข้อมูลนี้ สรุปได้ว่า junB เป็นองค์ประกอบของ p16 และส่งเสริมการชราภาพของเซลล์ ป้องกันมะเร็ง TAC ดังนั้น junB จึงเป็นตัวควบคุมการเกิดมะเร็งต่อมลูกหมาก และอาจเป็นเป้าหมายสำหรับการแทรกแซงทางการรักษา และกิจกรรมของมันสามารถควบคุมได้โดยใช้ siRNA
มีการศึกษาที่คล้ายกันมากมายที่กำลังดำเนินการอยู่ ปัจจุบัน siRNA ไม่เพียงแต่เป็นวัตถุเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือที่อยู่ในมือของนักวิจัยด้วย เช่น แพทย์ นักชีววิทยา เนื้องอกวิทยา แพทย์ผู้สูงอายุ การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง siRNA กับมะเร็ง และการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับอายุถือเป็นงานที่สำคัญที่สุดสำหรับวิทยาศาสตร์ เวลาผ่านไปน้อยมากนับตั้งแต่การค้นพบ siRNA แต่มีการศึกษาและสิ่งพิมพ์ที่น่าสนใจมากมายที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้ปรากฏขึ้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการศึกษาของพวกเขาจะเป็นหนึ่งในก้าวของมนุษยชาติสู่ชัยชนะเหนือมะเร็งและความชรา...
