Riboregulator
Inom molekylärbiologi är en riboregulator en ribonukleinsyra ( RNA ) som svarar på en signalnukleinsyramolekyl genom Watson-Crick-basparning . En riboregulator kan svara på en signalmolekyl på valfritt antal sätt, inklusive translation (eller undertryckande av translation) av RNA:t till ett protein , aktivering av ett ribozym , frisättning av tystande RNA ( siRNA ), konformationsförändring och/eller bindning av andra nukleinsyror. Riboregulatorer innehåller två kanoniska domäner, en sensordomän och en effektordomän. Dessa domäner finns också på riboswitches , men till skillnad från riboswitches, binder sensordomänen endast komplementära RNA- eller DNA -strängar i motsats till små molekyler . Eftersom bindning är baserad på basparning kan en riboregulator skräddarsys för att differentiera och svara på individuella genetiska sekvenser och kombinationer därav.
Typer av riboregulatorer
Translationell riboregulator
Translationella riboregulatorer reglerar förmågan hos ett ribosomkomplex att skanna, sätta ihop och/eller översätta en RNA-molekyl till ett protein. I translationella riboregulatorer undertrycks eller avtrycks RNA-molekylen beroende på RNA-molekylens sekundära struktur . Signalkänsliga strukturer introduceras vanligtvis i den 5′ otranslaterade regionen ( 5′ UTR ) av RNA-molekylerna med användning av molekylärbiologiska standardtekniker.
Som upptäcktes av Marilyn Kozak skannar det lilla ( 40S ) ribosomkomplexet en RNA-molekyl från 5′ otranslaterad region till startkodonet. När komplexet möter sekundär struktur måste det smälta strukturen för att nå startkodonet, annars kommer det att falla av molekylen. Komplexet rör sig genom den otranslaterade regionen tills det stannar precis innan det når startkodonet eftersom det möter en mycket konserverad sekvens (en Kozak-konsensussekvens i eukaryoter eller Shine-Dalgarno-sekvens i prokaryoter ). Det avstannade komplexet kombineras sedan med den stora ribosomen ( 60S ) för att börja översätta RNA:t till protein.
Lechner uppfann den första riboregulatorn 1991. Lechner använde en självparande stamslinga som hämmade translation av ett prokaryotiskt RNA, om inte en komplementär RNA-sekvens (anti-inhibitor) var närvarande. 1997 konstruerade Black den första eukaryota riboregulatorn med hjälp av antisensmolekyler för att förhindra translation (nuklin-RNA). I Nucline-systemet blockerar antisensmolekyler translation om de inte avlägsnas via kompetitiv hybridisering och strängförskjutning av specifika signal-RNA-sekvenser såsom HIV-RNA och onkogen-RNA. 2003 visade Black att Nucline RNA kunde utföra booleska och aritmetiska operationer ( If-then-else , AND gate , OR gate och "Molar koncentration av x > molar koncentration av y" beräkningar) i HIV - infekterade monocyter och bröstcancerceller .
År 2004, Isaacs et al. modifierade Lechners ursprungliga system för att demonstrera både trans- och cis -repression i prokaryota celler. Bayer & Smolke vidareutvecklade en translationell riboregulator 2005 som kunde svara på små molekyler som skapar en hybrid riboswitch /riboregulatormolekyl, kallad en anti-switch. I en anti-switch binder närvaron av en liten organisk molekyl en aptamersekvens i RNA-molekylen som avslöjar en annars sekvestrerad antisenssekvens, som kan binda och blockera mål-RNA-translation.
Ribozyme riboregulator
Ribozym-riboregulatorer reglerar förmågan hos en katalytisk RNA-molekyl att klyva en målnukleinsyrasekvens. I ribozym-riboregulatorer aktiveras eller inaktiveras en hammarhuvud-ribozym-RNA-molekyl beroende på förändringen av den sekundära strukturen som induceras genom att hybridisera en signalmolekyl såsom en besläktad DNA- eller RNA-sekvens. 2008 designade Win & Smolke en ribozymregulator som kunde fungera i jästceller som utförde booleska operationer liknande de tidigare translationella riboregulatorerna, inklusive AND, NAND , NOR och OR-grindar.
RNAi-baserad riboregulator
RNAi-riboregulatorer är små störande RNA som svarar på en signalinmatning såsom komplementär hybridisering med en DNA- eller RNA-molekyl. Närvaron eller frånvaron av en målmolekyl avgör om siRNA:t nedreglerar genuttryck. År 2007, Rinaudo et al. visat att RNAi-baserade riboregulatorer också kan utföra booleska operationer i celler.
pH-riboregulator
pH-riboregulatorer reglerar genuttryck som svar på pH- förändringar. Den enda kända pH-riboregulatorn uppreglerar alx -genen i E. coli när den är i alkaliska förhållanden, särskilt över pH 8. pH-riboregulatorn befanns, genom experiment, ligga i 5′ UTR av alx -genen. När pH 7 eller lägre finns pH-riboregulatorelementet (PRE) i ett inaktivt 'N'-tillstånd; under alkaliska förhållanden RNA-polymeras veckningen av detta ncRNA till dess "H" aktiva form. Ribosombindningsstället för alx -genen är nu exponerat och 30 - talssubenheten tillåts binda.
Användning av riboregulatorer
För närvarande har riboregulatorer funnit användbarhet inom området syntetisk biologi och personlig medicin . Inom syntetisk biologi kan riboregulatorer användas för att reglera bakteriesvar och undersöka genreglerande nätverk . Studenter i systembiologi på grundnivå använder standardiserade riboregulatorer för att tävla i en årlig biotekniktävling (The international Genetically Engineered Machine-tävling, iGEM ). Dessutom, eftersom de olika riboregulatorerna kan skräddarsys för att svara på komplexa biologiska signaler, erbjuder riboregulatorer löftet om individuellt skräddarsydda RNA-baserade läkemedel som svarar på gener, små molekyler och proteiner i enskilda celler.
Vidare läsning
- Erdmann VA, Barciszewska MZ, Szymanski M, Hochberg A, de Groot N, Barciszewski J (januari 2001). "De icke-kodande RNA som riboregulatorer" . Nucleic Acids Res . 29 (1): 189–193. doi : 10.1093/nar/29.1.189 . PMC 29806 . PMID 11125087 .