Samenvatting



Dovnload 118.92 Kb.
Pagina6/9
Datum16.08.2016
Grootte118.92 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Functies van miRNA


Zoals gezegd heeft microRNA een regulerende functie binnen een cel. In deze paragraaf worden drie manieren van regulering toegelicht. Het miRNA kan een mRNA uitschakelen, de translatie van eiwitten verhinderen of de transcriptie van mRNA verhinderen.

Uitschakeling mRNA


Voor de eerste twee functies van miRNA is het RNA-induced Silencing Complex (RISC) van belang. Dit is een eiwit-complex waarin miRNA (en ook siRNA) kan worden opgenomen. Eenmaal ‘geladen’ zal het RISC op zoek gaan naar een mRNA dat precies of grotendeels past bij het opgenomen miRNA. Wat hierna gebeurt is afhankelijk van de mate van overlap die het miRNA en mRNA vertonen. Bij een kleine overlap van 8 tot 10 nucleotiden wordt de translatie van eiwit vanaf het mRNA verhinderd. Bij een grote overlap vindt splitsing van het mRNA plaats, deze splitsing gebeurt precies in het midden van het bijbehorende miRNA. Door deze splitsing is het mRNA niet meer functioneel en zal het binnen de cel worden afgebroken. Het miRNA blijft intact in het RISC en kan zo doorgaan om een ander mRNA te herkennen en uit te schakelen. Met deze methode kan de expressie van genen worden onderdrukt; de transcriptie van het DNA naar mRNA vindt nog wel plaats, maar het mRNA is niet in staat om eiwitten te vormen.

Verhindering van translatie


Als er sprake is van geringe overlap tussen het miRNA en het mRNA, zal het RISC wel hechten aan het mRNA, maar is het niet in staat om deze te splitsen. De translatie van mRNA naar eiwitten wordt hierdoor verhinderd, maar er zijn een aantal belangrijke verschillen met de hierboven beschreven totale uitschakeling van mRNA.

Vaak bindt het miRNA-RISC complex met een RNA-sequentie in de 3’ UTR, het uiteinde van een mRNA dat niet wordt vertaald naar eiwit. Het RISC complex verhindert hierdoor de translatie van eiwit, maar hoeft deze niet helemaal uit te schakelen.

Er hoeft slechts een beperkte overlap van 7 tot 9 nucleotiden te zijn, om de translatie te verhinderen. Hierdoor kan één miRNA verschillende mRNA’s verhinderen, waarop soortgelijke sequenties van nucleotiden voorkomen.

Verhindering van transcriptie


De vorige twee methoden zijn gebaseerd op interactie met mRNA door middel van RISC om zo de productie van eiwitten te verstoren. Een andere methode waarmee miRNA invloed kan uitoefenen op genexpressie is door de structuur van DNA te beïnvloeden. De structuur van DNA wordt bepaald door de combinatie van histonen en DNA, deze structuur wordt chromatin genoemd. Met behulp van enzymen, chromatin remodelling complexen en DNA methylation kan de structuur van chromatin worden bepaald en wordt het genoom opgedeeld in discrete domeinen.

Voor de werking van miRNA moet gekeken worden naar de eigenschappen van heterochromatin. Dit is een geordende staat van DNA die moeilijker toegankelijk is voor transcriptie. Gebieden op het DNA met een hoge mate van herhalingen zijn de meestvoorkomende doelwitten voor de vorming van heterochromatin. Een speciale eigenschap van heterochromatin is dat het zich binnen een domein kan verspreiden en zo bepaalde gen-sequenties kan afschermen. Dit is een proces waarbij mij de invloed van miRNA verwacht. In Figuur 14 wordt beschreven hoe men denkt dat deze interactie plaatsvindt.



Figuur 14: Mechanisme voor de initiatie van heterochromatin vorming [15]

De rode vlaggetjes zijn histone H3 eiwitten die gemethyleerd zijn op lysine 9. Aan dit histone bindt zich het heterochromatin protein (HP1) eiwit. De enzymen HMT en HDAC zetten het HP1-eiwit om in de heterochromatin structuur. Om deze omzetting te starten moeten specifieke DNA-sequenties worden herkend. Dit kan gebeuren door bepaalde transcriptie factoren (TF) of door siRNA ketens die zich richten op de herhalende, specifieke DNA-sequenties. Het groene blokje in Figuur 14 staat voor deze, nog onbekende, siRNA interactie [15].

Rol van miRNA


We weten nu hoe microRNA in een cel wordt gemaakt en op welke manier het invloed kan uitoefenen binnen een cel. Nu rest de vraag welke functie deze korte RNA-ketens en de bijbehorende machinerie hebben. Dit is een gebied waar momenteel erg veel onderzoek naar wordt gedaan. Algemeen wordt aangenomen dat miRNA een rol speelt bij de regulering en ontwikkeling van een cel, maar de RNAi biedt ook een goede bescherming tegen virussen en transposons.

Regulering


De eerste miRNA’s die zijn ontdekt, lin-4 en let-7, bepalen de overgangen in de verschillende stadia van een larve. Ook in planten worden overgangen in de ontwikkeling bepaald door miRNA en in vliegen zorgen ze voor celdeling en het afsterven ervan. [Error: Reference source not found] In [?] wordt een model voorgesteld om de ontwikkeling van planten te kunnen beschrijven. Hierin wordt aangenomen dat veel miRNA in planten werkt door bij de differentiatie van cellen belangrijke regulerende gen transcripties in specifieke dochtercellen te verhinderen.

Bij de ontwikkeling van een plant moeten soms bepaalde minder gedifferentieerde genen worden uitgeschakeld. Dit kan door het verhinderen van transcripties (zoals hierboven beschreven), maar dit is een langzaam proces. Door op dat moment miRNA in te schakelen wordt de mRNA die hoort bij het betreffende gen uitgeschakeld. Op deze manier kan een genexpressie sneller worden gestopt en kunnen dochtercellen zich sneller differentiëren.


Bescherming


Naast een regulerende taak heeft miRNA, of eigenlijk RNAi, ook een beschermende functie. Zo worden virussen aangepakt die RNA gebruiken om hun eigen eiwitten in een cel te maken [17]. Ook hier komt Dicer in actie, verwerkt de dubbelstreng RNA tot kleine siRNA’s, welke weer door RISC kunnen worden gebruikt om de eiwitproductie van het virus te kunnen uitschakelen.

Op eenzelfde manier kunnen transposons, verspringende genen, door hetzelfde mechanisme worden onderdrukt.


Onderzoek [Error: Reference source not found]


Met behulp van dubbelstreng RNA kan op een snellere en efficiëntere manier onderzoek worden gedaan naar de functie van een specifiek gen. Hoe dit in zijn werk gaat is ontdekt door de groep van Thomas Tuschl.

Als een menselijke cel wordt geïnfecteerd door een virus dat lange dubbelstreng RNA maakt, gaat de cel in een beschermende modus: het enzym PKR blokkeert alle translaties van mRNA, zowel van het lichaam als van het virus, en het enzym RNAse L vernietigt alle mRNA’s. Dit afweermechanisme is een onderdeel van de interferon reactie. Deze interferon reactie is een probleem voor onderzoekers, omdat zij genetisch materiaal willen inbrengen via dubbelstreng RNA.

Nu bleek dat dubbelstreng RNA ketens korter dan 30 nucleotiden niet werden opgemerkt door het afweersysteem. Deze gesynthetiseerde ketens werden door Dicer en RISC verwerkt om selectief genen uit te schakelen. Deze ontdekking was een doorbraak voor genetisch onderzoek. Het was wel mogelijk om specifiek genen uit te schakelen met behulp van virussen, maar met die methode duurde het maanden om een gen uit te schakelen en het effect te onderzoeken. Met de siRNA’s is het mogelijk om binnen enkele uren een gen naar keuze uit te schakelen.

RNAi is een krachtig hulpmiddel in de zoektocht naar nieuwe medicijnen. Er wordt onderzoek gedaan naar het uitschakelen van virussen zoals HIV, hepatitis en polio met behulp van siRNA’s. In het lab is het al gelukt om deze virussen tijdelijk uit te schakelen, het zal echter nog wel een tijd duren voordat siRNA’s voor menselijk gebruik beschikbaar zijn.




1   2   3   4   5   6   7   8   9


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2019
stuur bericht

    Hoofdpagina