結構生物化學/核酸/RNA/RNA 干擾/RISC(RNA 誘導沉默複合體)
RISC 的主要成分是 Argonaute (Ago) 蛋白。這些蛋白將與 RNA 結合。Ago 家族可以分為 Argo 亞家族和 Piwi 亞家族。siRNA 和 miRNA 結合到 Argo 亞家族,而 piRNA 結合到 Piwi 亞家族。在哺乳動物中,四個 Ago 亞家族蛋白(AGO1-4)中的每一個都可以抑制翻譯,但只有 AGO2 可以切割 RNA 並導致 RNA 干擾(RNAi)。
siRNA 和 miRNA 來自被 RNase III 酶 Drosha 和 Dicer 切割的雙鏈 RNA。產生的 RNA 稱為 RNA 雙鏈體。關於 RNA 在與 Ago 蛋白結合時解旋的時間,有兩種模型。‘解旋酶模型’提出 RNA 首先被分離成單鏈 RNA,然後被整合到 Ago 蛋白中。另一個模型是‘雙鏈體載入模型’,它指出雙鏈 RNA 結合到 Ago 蛋白,然後在蛋白內解離。最近的研究表明,‘雙鏈體載入模型’可能是 RNA 解旋的模型。因此,RISC 組裝可以分為 2 個步驟:小 RNA 雙鏈體與 Ago 蛋白結合,雙鏈 RNA 解離成兩個單鏈 RNA。與 Ago 蛋白結合的 RNA 雙鏈體被稱為 pre-RISC,而帶有單鏈 RNA 的 Ago 蛋白被稱為 mature RISC。
由於雙鏈 RNA 會解旋成兩個單鏈 RNA,因此必須丟棄其中的一條鏈。被丟棄的 RNA 鏈稱為乘客鏈,另一條鏈稱為導向鏈。5' 端不太穩定的鏈將充當導向鏈,而另一條鏈則被丟棄。
Ago 蛋白需要 RISC 載入機制的幫助才能與 RNA 結合。RISC 載入機制由果蠅 Ago2 的 Dicer-2 (DCR-2) 和 R2D2 組成。R2D2 結合到 RNA 的更穩定端,而 Dcr-2 結合到更不穩定端。雖然 Dcr-2 可以切割 RNA 並將 RNA 載入到 Ago 蛋白中,但研究表明 siRNA 雙鏈體必須在切割後從 Dcr-2 解離,然後根據其穩定性重新結合到 Dcr-2-R2D2 二聚體上。人類只有一種 Dicer,即人類 Dicer,其伴侶蛋白 TRBP (TAR 結合蛋白) 幫助將 RNA 載入到 AGO2-RISC 中。然而,研究表明 Dicer 只有在載入到果蠅 Ago2 時才需要。在為其他 Ago 蛋白載入 RNA 複合體時不需要它。似乎存在兩種 RISC 載入途徑,一種是 Dicer 依賴途徑,另一種是 Dicer 非依賴途徑。
siRNA 雙鏈體通常具有完全互補的序列,因此所有鹼基都排列整齊。然而,miRNA-miRNA* 複合體通常具有中央錯配。在果蠅中,Dcr-R2D2 喜歡結合到完全互補的 siRNA 樣複合體,但不喜歡具有錯配的 RNA 鏈。另一方面,Ago1 喜歡結合到在核苷酸 8-11 附近具有中央錯配的序列。
另一個引導載入正確的方向是導向鏈 5' 端核苷酸的同一性。在果蠅中,Ago1 偏好 U,而 Ago2 偏好 C。對於植物,鏈的方向在很大程度上也依賴於核苷酸的同一性。擬南芥 AGO1 偏好 U,AGO2 和 AGO 4 偏好 A,而 AGO 5 偏好 C。擬南芥 Ago 蛋白的 MID 和 PIWI 結構域賦予對 5' 端核苷酸的識別。然而,哺乳動物 Ago 蛋白只偏好完全互補的 siRNA 樣複合體,而不喜歡具有非中央錯配的 RNA。然而,如果 RNA 只有中央錯配,Ago 蛋白也會毫無困難地將其整合。此外,人類 Ago 蛋白對 5' 端核苷酸沒有偏好。因此,人類 Ago 蛋白沒有嚴格的小 DNA 分選系統。
載入有雙鏈 RNA 的 pre-RISC 與與目標 mRNA 結合的 mature RISC 非常相似。因此,乘客 RNA 就像導向鏈的目標 RNA。在切片依賴解旋中,乘客鏈被丟棄,就像目標 mRNA 被丟棄一樣。這種型別的解旋只發生在具有高度互補鏈的 siRNA 樣複合體中。
人類 AGO1、3 和 4 沒有切片活性,因此它們不能使用切片依賴解旋。此外,如果 RNA 鏈具有錯配,切片將無法解開兩條鏈。因此,另一種途徑被提議為切片非依賴解旋。在這種型別的解旋中,錯配的 RNA 實際上會加速解旋過程,這對這種型別的解旋至關重要。因此,科學家將此稱為目標識別的‘映象’過程。它基本上與導向鏈退火到目標鏈時相反。
Kawamata,T 和 Tomari,Y。“製造 RISC”。生物化學趨勢.35.7(2010):368-376.