Nekódující RNA Radim Černý Přednáška pro 14. vědecko-pedagogickou konferenci učitelů biochemických oborů lékařských fakult v ČR a SR 30.5.2013.

Prezentace na téma: "Nekódující RNA Radim Černý Přednáška pro 14. vědecko-pedagogickou konferenci učitelů biochemických oborů lékařských fakult v ČR a SR 30.5.2013."— Transkript prezentace:

1 Nekódující RNA Radim Černý Přednáška pro 14. vědecko-pedagogickou konferenci učitelů biochemických oborů lékařských fakult v ČR a SR 30.5.2013

2 Journal of Experimental Medicine 79 (2): 137–158 (1944)

3 Od DNA k proteinu © Espero Publishing, s.r.o.

4 GENOM TRANSKRIPTOM PROTEOM DNA RNA Protein

5 Typy RNA mRNA – (messenger RNA) – vzniká transkripcí genů kódujících proteiny. Základní funkcí je umožnit vznik proteinu. rRNA – (ribosomální RNA) – vzniká transkripcí specifických genů. Má strukturní a enzymatickou úlohu. Spolu se specifickými proteiny tvoří ribosomy, v nichž je mRNA překládána do proteinu. tRNA – (transferová RNA) – vzniká transkripcí specifických genů. Funguje jako adaptor mezi mRNA a aminokyselinami v průběhu biosyntézy proteinu.

6 Syntéza proteinu v eukaryontní buňce © Espero Publishing, s.r.o.

7 Struktura dvou lidských genů ukazující uspořádání exonů a intronů © Espero Publishing, s.r.o.

8 Alternativní sestřih α-tropomyosinového genu u krys © Espero Publishing, s.r.o.

9 TYPY RNA II Malé jaderné RNA - skupina RNA s omezeným počtem nukleotidů (řádově 100) mající regulační, respektive enzymatickou funkci (U1 – U6): - malé jaderné RNA (snRNA; odvozeno od small nuclear RNA) - malé jadérkové RNA (snoRNA; odvozeno od small nucleolar RNA). Vedle toho RNA v „SRP“ (signal recognising particle) – rozpoznává „signal peptide“ v nově tvořeném proteinu a zajistí vstup proteinu do endoplasmatického retikula)

10 RNA editing

11 James D. Watson: „Anything!“

12 Craig C. Mello Andrew Z. Fire Nobel Prize in Medicine or Physiology 2006 " for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNA"

13 si RNA (silencing – interfering) dsRNA se váže na „DICER“(RNasa) Ta štěpí dsRNA na menší fragmenty Jednovláknové RNA fragmenty jsou součástí „RISC“ komplexů (RNA Induced Silencing Complex) Jednovláknová RNA v rámci RISC zajistí vazbu na komplementární úsek mRNA mRNA je rozštěpena a tvorba příslušného proteinu je zablokována

14

15 Vznik miRNA

16 MicroRNA MicroRNAs are produced from either their own genes or from introns

17 Ovlivnění exprese onkogenů a tumor- supresorových genů prostřednictvím miRNA (Kulda V. a spol. – Ústav lékařské chemie a biochemie LF UK v Plzni) miR-21 a miR-143 ovlivňují: Onkogeny: ABL2, ETV6, AFF1, TET1, ERBB3, MAF, RAB11, CBL, MYBL2, PLAG1, SKI, CDK6 Tumor-supresorové geny: TMEM127, SMAD3, DAPK1, PHF14, LIFR, PDCD4 Další mikroRNA současně studované: miR 30c, miR200c, miR214

18

19

20 Kvantifikace mi RNA

21

22

23 Competing endogenous RNA (ce RNA) Pseudogenes (ψ)

24 Beta – globin gene family

25 Alpha –globin gene family

26 Phosphatase and tensin homolog (PTEN)

27

28

29

30

31

32

33 „NATs“ Natural Antisense Transcripts

34

35

36

37

38

39

40 James D. Watson: „Anything!“

41 DĚKUJI ZA POZORNOST !

42

43

44 RNA interference

45 Funkce miRNA Funkce miRNA zřejmě spočívá v regulaci genů a jejich exprese. Molekuly miRNA jsou částečně komplementární k určitým molekulám mRNA vyskytujícím se v buňce a jsou schopné regulovat (konkrétně snižovat) tímto výrobu proteinů, které tyto mRNA kódují. Živočišná miRNA vykazuje komplementaritu obvykle k regionu 3' UTR (nekódující část mRNA, ale vykonávající některé jiné regulační funkce vztahující se k dané molekule mRNA), zatímco rostlinná miRNA je komplementární ke kódujícím regionům messenger RNA.

46 RNA interference Degradace mRNA může být také zprostředkovaná prostřednictvím malých interferenčních RNA (siRNA) anebo mikro RNA (miRNA). Tento způsob inaktivace mRNA se nazývá RNA interference (RNAi) anebo RNA umlčování (RNA silencing).

47 miRNA ( micro RNA) jsou jednovláknové řetězce nekódující RNA o délce 21-23 nukleotidů, které se podílí na regulaci genové exprese. miRNA vznikají transkripcí z genů v DNA, ale následně nedochází k jejich translaci v protein. Namísto toho se každý primární transkript miRNA (tzv. pri-miRNA) páruje s některými vlastními komplementárními bázemi a nakonec se mění na plně funkční miRNA.

48 Degradace mRNA Degradace mRNA patří mezi nejdůležitější součásti regulace genové exprese. Protože RNA může být překládána opakovaně, ovlivňuje délka života mRNA v buňce množství proteinu, které z ní může být přeloženo. Každá molekula mRNA je nakonec degradována na jednotlivé nukleotidy, ale délka existence se mezi jednotlivými druhy mRNA liší.

49 Degradace mRNA II Tyto odlišné doby života jsou signalizovány nukleotidovými sekvencemi v samotné RNA, nacházející se většinou mezi 3´-koncem kódující sekvence a poly(A)-koncem, v části zvané 3´- nepřekládaná oblast. Odlišná délka existence různých RNA pomáhá buňce regulovat množství jednotlivě vznikajících proteinů. Eukaryotické buňky jsou schopny degradovat také mRNA, které jsou určitým způsobem poškozeny. Tento kontrolní mechanismus (anglicky se nazývá nonsense-mediated mRNA decay; NMD)

50 VÝZNAM miRNA Špatná funkce či regulace miRNA může způsobit v některých případech vážné choroby. Proto je miRNA v centru pozornosti vědců a její výzkum je velmi žádán. Dnes se hledají léky na bázi miRNA, které by pomáhaly například při onemocněních rakovinné povahy a nemocech kardiovaskulární a nervové soustavy.

51 VÝZNAM miRNA II Některé studie (Nature 435,2005) zjistily, že pokud jsou myši uměle modifikovány tak, aby produkovaly nadměrné množství proteinu c-myc, umírají na lymfom mnohem dříve, pokud ale jejich buňky produkují zvýšené množství miRNA, přežívají 2x déle. V jiné studii (Nature 451, 2008) týkající se Ca prsu a jeho metastáz ze 453 identifikovaných miRNA jich bylo 179 přítomno ve zvýšeném množství v jedné z testovaných metastazujících linií. Naopak 8 miRNA bylo v metastazujících liniích ve sníženém množství, zvýšení jejich exprese zpomalilo tvorbu metastáz.

52 VÝZNAM miRNA III Jiný výzkum prokázal, že miRNA se podílí na regulaci proteinu E2F1, který má roli v proliferaci buněk. V tomto případě se miRNA váže na mRNA a brání tím translaci. Je také možné na základě měření aktivity několika stovek genů kódujících miRNA u pacientů trpících nádorovým bujením zjistit, o jaký typ rakoviny se jedná a z jaké tkáně rakovina vznikla.

53 VÝZNAM miRNA IV Je zřejmé, že miRNA má značný vliv i na činnost srdce. Exprese genů pro miRNA se u lidí s poruchami srdeční činnosti značně odlišuje od zdravých lidí. Zřejmé je to zejména v případě kardiomyopatie, ale i v případě embryonálního vývoje srdce, poruch vývoje (hypertrofie) a podobně.

54 Klinická studie Degenerativní změny sítnice Společnost Acuity Pharmaceuticals vyvinula siRNA pod názvem Cand5, která má shodnou sekvenci s genem pro VEGF faktor

55

56 MicroRNA

57 TYPY RNA mRNA (messenger RNA) - vzniká transkripcí strukturních genů. Základní funkce je umožnit vznik příslušného proteinu. rRNA (ribozomální RNA) - vzniká transkripcí ribozomálních genů. Má strukturní a enzymatickou úlohu. Tvoří jádro ribozomů, na kterých je mRNA překládána do proteinu tRNA (transferová RNA) - představuje produkt genů pro tRNA, který se používá při syntéze proteinů jako adaptor mezi mRNA a aminokyselinami.

58 si RNA

59

60 GENOM TRANSKRIPTOM PROTEOM DNA RNA Protein

61 Od DNA k proteinu © Espero Publishing, s.r.o.

62

63 Přirozené a „umělé“ využití siRNA“: A: Obrana proti RNA virům B: Přirozená regulace genové exprese C: Umělá regulace „na míru“