結構生物化學/核酸/RNA/RNA 干擾 (RNAi) 的結構洞察
介紹
RNA 干擾 (RNAi) 是調節真核生物基因表達的小型 RNA 分子。這首先從產生約 20-30 個核苷酸 RNA 序列（microRNA (miRNA) 或小干擾 RNA (siRNA)）開始，這些序列有可能與 mRNA 的部分形成鹼基配對。然後，miRNA 和 siRNA 組裝成大型多蛋白效應器，這些效應器是與蛋白質結合並改變其活性的分子，稱為 RNA 誘導的沉默複合體 (RISC)，它們與靶轉錄本結合並啟動其降解。
miRNA 和 siRNA 最初是在細胞核中以長莖環結構的形式產生的，透過雙鏈 DNA 的核酸內切酶加工而成。miRNA 被 DGCR8 識別，DGCR8 是一種將 RNA 輸出到 RNase III 家族核酸內切酶 Drosha 以進行初始雙鏈切割的蛋白質。切割後，前 miRNA 在細胞質中由稱為 Dicer 的第二個 RNase III 家族核酸內切酶切割，由核輸出蛋白 5 介導。siRNA 最終由 Dicer 介導的長雙鏈 RNA 切割產生，導致雙鏈體包含反義引導鏈和正義或乘客鏈。
由於其 RNA 雙鏈體的特定長度，以及特徵性的磷酸基攜帶的 5' 端和其 3' 端的二核苷酸突出，miRNA 和 siRNA 有效地摻入其他 RISC 複合體中。對原核生物 RNase III 和真核生物 Dicer 酶的結構分析表明這些 siRNA 和 miRNA 的關鍵特徵是如何產生的。Argonaute (Ago) 是 RISC 的核心成分，它使 miRNA 和 siRNA 能夠附著在 RISC 上，並幫助觸發某些轉錄本的降解。引導鏈將 miRNA 和 siRNA 帶到 Ago，然後降解/解離 miRNA 和 siRNA 的乘客鏈。附著後，RISC 使用小 RNA 的序列作為嚮導來確定哪些特定序列要抑制其翻譯或誘導其降解。具體而言，RISC 靶向與小 RNA 序列互補的 RNA 序列。這個過程透過 RITS（RNA 誘導的轉錄沉默複合體）進一步修飾，RITS 透過促進異染色質形成來介導轉錄基因沉默。與 Piwi 相互作用的 RNA（piRNA）也參與了這個過程。
與 Piwi 相互作用的 RNA (piRNA)
與 Piwi 相互作用的 RNA 或 piRNA 是一類在真核細胞中表達的小型 RNA。piRNA 的功能是支援種系發育，儘管最近的研究表明它可能擴充套件到體細胞卵巢組織。它還有助於直接沉默基因。
與 miRNA 和 siRNA 一樣，piRNA 是非編碼 RNA 分子的組成部分。然而，它們的生物合成途徑不同於 miRNA 和 siRNA。
piRNA 經歷了一種稱為“乒乓”機制的擴增途徑。初級 piRNA 最有可能由長單鏈 RNA 的轉錄產生，它們在識別其互補靶標後招募 piwi 蛋白。然後，轉錄本從 5' 端切割 10 個核苷酸，產生在第 10 位靶向腺嘌呤的次級 piRNA。
RISC 載入
為了提高效率，成熟的 miRNA 和 siRNA 雙鏈體必須從 Dicer 切割蛋白轉移到 Argonaute，以形成活性 RISC。此過程所需的元件是與 dsRBP 輔因子 TRBP 和成熟 siRNA 雙鏈體複合的 Dicer。
雖然 siRNA 如何從 Dicer 轉移到 Argonaute 的確切過程尚不清楚，但可以肯定的是，此過程涉及引導鏈的選擇和乘客鏈的去除。然而，最近，透過對人類 RISC 載入複合體 (RLC) 及其成分進行負染色電子顯微鏡分析，為有關 siRNA 雙鏈體在 RISC 載入過程中如何從 Dicer-TRBP 傳遞到 Ago2 的想法提供了結構框架。這些分析表明，TRBP 與 Dicer 的解旋酶結構域靈活地相互作用，並且 Ago2 透過在 TRBP 和 Dicer 之間延伸形成閉合的顆粒複合體。利用之前的生化研究，這種 Ago2-Dicer 相互作用被認為發生在 Ago2 的催化 PIWI 結構域和 Dicer 的 RNase IIIa 結構域之間。
RNA 沉默機制
載入 RISC 複合體後，Ago-引導鏈複合體現在可以與它的靶 mRNA 結合。這透過引導鏈與 mRNA 的 3' 非翻譯區（稱為 UTR）中的序列的鹼基配對而發生。只有當存在完全的引導鏈-靶鏈互補性時，siRNA 透過 Ago 的核酸內切酶“切割器”活性進行 RNA 沉默的常見機制才啟動靶鏈切割。Ago 蛋白家族中可以與 RISC 複合體的引導鏈結合的兩個獨特結構域：PAZ 結構域和 RNase H 樣 PIWI 結構域。PAZ 結構域與引導鏈的 3' 端結合，RNase H 樣 PIWI 結構域包含切割活性位點。一小部分 Ago 蛋白還包含一個 MID 結構域。MID 結構域透過與保守殘基和 Mg2+ 離子廣泛的氫鍵形成引導鏈的 5' 磷酸鹽的結合口袋。
- Doudna, Dipali (2010)。“結構生物學現狀”。RNA 干擾的結構洞察 (20 版)。第 90–97 頁。
- Kornberg，Roger D. (2010-07)。“小 RNA 通路的生化原理”。生物化學年度評論。年度評論。第 295–319 頁。
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- 與 Piwi 相互作用的 RNA. 檢索 2011-07-16.
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