<< Предыдушая Следующая >>

«Малые интерферирующие РНК» – «выключатели» гена и сред- ство для ингибирования пролиферации раковых клеток

В клетке каждого типа организма одинаковый набор генов. Но только часть из них работает. Причем в одном типе – одни, а в другом типе клетки – другие гены. Мы еще не знаем, какие гены в клетке разного типа включены, а какие нет.

Включение или экспрессия гена – это синтез копии его кодирующей цепочки – иРНК, а по ней как на матрице синтез белка в рибосоме клетки.

Этот процесс происходит в клетке так:

- две цепи ДНК в нужном месте разделяются, открывая ген, т.е. участок кодирующей цепи;

- к нуклеотидам его по принципу комплементарности оснований присоединяются нуклеотиды, образуя одноцепочечную информационную РНК (иРНК). В ней, в отличие от ДНК, основание Т (тимин) заменяется основанием

– У (урацил).

Этот процесс переноса информации с гена на РНК с образованием иРНК называется транскрипцией гена. По такому принципу на разных генах в клетке образуется также транспортная (тРНК) и рибосомная РНК (риб-РНК).

иРНК несет в себе всю информацию гена, кроме той, что в интронах гена,

– она удаляется при созревании иРНК. иРНК передает информацию на риб- РНК в рибосоме клетки. тРНК доставляет к рибосоме части для белков – аминокислоты в соответствии с той инструкцией, что в иРНК. Так на рибосоме строится полипептидная цепь, но обычно цепи, образующие молекулы белков.

Понимание молекулярных причин «включения» и «выключения» генов позволит управлять этим процессом и держать его под контролем, чтобы, например, предупредить возникновение из нормальной клетки раковой клетки.

В клетке гены, кодирующие белки, составляют 2%, а вне-генная, т.е. не кодирующая белки остальная часть ДНК, составляет 98% генома клетки. Поэтому ее назвали – «junk» ДНК, что означает «хлам, утиль». Но «не кодирует» – не значит, что «не используется».

Оказалось, что во «вне-генной» части имеется множество генов, которые «разбросаны» внутри обычных генов и между генами. Но их продуктом является не белок, а «малые» РНК. В класс «малых» молекул РНК включают молекулы, содержащие короткой длины цепочки нуклеотидов.

Отличия «малых» РНК от трех клеточных РНК:

- они из двух цепей нуклеотидов, которые спариваются друг с другом по принципу комплементарности, что и в ДНК хромосом;

- по 3 концам каждой из цепочек всегда остается два неспаренных нуклеотида.

В клетке «малые» РНК заняты другим делом: регулируют работу обычных генов. Они включают их экспрессию или выключают их из экспрессии, когда это нужно в клетке.

История «малых РНК» клетки началась в начале 90-х годов ХХ в. с экспериментов ученых на цветке «петуний», а затем на черве C.elegans. На обоих живых существах ученые пытались усилить выражение определенного признака. Для этого они вводили в их клетки копии гена, т.е. иРНК этого признака. Но вместо усиления выражения, т.е. экспрессии гена, происходило его «замолкание». В биологии это обозначают термином – «сайленсинг» от англ. «silencing»

– молчание, немота. Причиной этого явления оказалась малая интерферирующая РНК (siRNA), которую открыли в 1998 г. ученые из США Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крэйг Меллоу (Craig C. Mello). Эти РНК обладают способностью «выключать» гены путем разрушения их иРНК. Эффект «гашения» экс- прессии гена «малыми РНК» назван РНК-интерференцией, а короткие молекулы, вызывающие его, назвали siРНК (short interfering RNAs, малые интерферирующие РНК). Это самые короткие молекулы, состоящие у млекопитающих всего из 21-23 нуклеотида.

Вначале было непонятно, как siРНК появляется в клетке после введения в нее копии гена. Авторы открытия выяснили, что в клетке есть молекулярный механизм для синтеза этой молекулы и накопления ее. Механизм РНК- интерференции в клетке запускается двухцепочечной РНК (дцРНК) и осуществляется в несколько этапов.

1-й этап. Белок Дайсер нарезает дцРНК на фрагменты, содержащие короткие в 21 нуклеотид фрагменты РНК. Это уже siРНК.

2-й этап. Такие фрагменты захватывается комплексом белков – RISC (RNA induced silencing complex).

3-й этап. В комплексе дуплекс коротких РНК расплетается, и только одна цепь siРНК остается в нем. Это фрагмент антисмысловой цепочки гена.

4-й этап. Комплекс RISC с помощью антисмысловой цепи siРНК сканирует молекулы РНК клетки.
siРНК-наводчик находит комплементарную ей последовательность нуклеотидов в соответствующей смысловой иРНК, т.е. копии гена и разрезает ее. Теперь в клетке уже нет иРНК, а, значит, нет и синтеза бел- ка гена.

Ни один из блокаторов гена, известных до сих пор, не обладает такой специфичностью к своему гену-мишени. Основная функция siРНК – защита генома клетки. Эти молекулы предохраняют геном от мутаций, генов извне – от вирусов, а также от транспозонов.

Итак, ученые доказали, что siРНК в клетке блокирует тот ген, матричная цепь которого комплементарна антисмысловой цепи внутри siРНК. Мишенью для молекулы является не сам ген, а его иРНК. То есть ген «выключается» путем разрушения его копии – иРНК, после выхода ее из ядра в цитоплазму клет- ки. Каждая siРНК распознает и разрушает только свою специфическую иРНК и не вызывает никаких побочных эффектов. Замена даже одного нуклеотида внутри siРНК резко снижает эффект интерференции.

Открытие siРНК в 2002 г. признано важнейшим открытием года в списке десяти открытий. Введение в клетку siРНК – это новый метод «выключения» гена (Рис. 1).

Рис.1.

Этапы «РНК-интерференции» в клетке

(рис. и цит. по: Т. Бархато- ва, 2005).

В отличие от антисмысловых РНК, siРНК – «инструмент многоразового использования». Они связываются все с новыми и новыми молекулами специфической иРНК, выводя каждый раз их из строя.

Раскрытие генома человека в 2000 г. – это открытие нуклеотидной карты ДНК человека. Однако, эта карта описывает только последовательность нуклеотидов в каждом гене, но не функции гена. Чл.-корр. Л. Киселев (2006) считает, что теперь стало возможным перейти к созданию карты функций генов. Эта работа, по мнению Л. Киселева, может быть закончена уже через один-два года.

Метод «выключения» гена очень необходим не только для выяснения функций каждого гена в клетке, но и для «выключения» гена-причины, вызывающего ту или иную болезнь, в том числе возникновение раковой клетки из нормальной клетки ткани. Выяснив гены-причины раковой клетки, можно «заглушить» гены, – значит, предупредить и возникновение рака.

Для выявления функций гена необходимо иметь клетки в культуре, и, используя метод Файера и Меллоу, можно по очереди выключать ген за геном и смотреть, какие функции клетки при этом пропадают или появляются. Так люди будут впервые знать, какую функцию или функции выполняет каждый ген в клетке (Л. Киселев, 2006).

За открытие «РНК-интерференци» – подавления генов двухцепочечной РНК, американским ученым Эндрю Файер и Крейг Меллоу присуждена Нобелевская премия в области медицины и физиологии за 2006 г.

Успех применения препарата siРНК зависит от доставки его в клетки- мишени и защиты его от воздействия ферментов клетки. siРНК должны находиться в клетке достаточно долго, чтобы выполнить свою роль – найти специфические иРНК и связаться с ними. Препарат представляет собой синтезированные in vitro двухцепочечные РНК длиной в 21 нуклеотидную пару. Чтобы молекула-препарат легче проникала в клетку и не разрушалась, к молекуле присоединяют липофильную группу (Г. Стикс, 2005). Предполагается, что со временем короткие двухцепочечные РНК можно будет вводить в кровоток пациента и лечить системные болезни. Рак с размера узелка 2 мм в диаметре тоже становится системной болезнью.

Джон Марганоре (J.M. Marfganore, 2006) из США пишет, что у животного единичная доза siРНК сохраняет активность в организме в течение 22 суток.

«Если то, что проделано с клетками млекопитающих в культуре, удастся повторить на уровне целого организма, мы получим уникальный метод создания лекарственных препаратов. Осуществится заветная мечта, можно будет прицельно выводить из строя нужные гены».

С открытием «РНК-интерференции» появилась возможность подавлять избыточный или недостаточный синтез определенных белков в нормальной клетке, что может превратить ее в раковую клетку. Ученые предполагают, что этот метод должен быть лишен побочных эффектов, которыми сопровождаются другие методы лечения рака. Однако надо прежде провести соответствующие

исследования на животных, а затем и на пациентах.
<< Предыдушая Следующая >>
= Перейти к содержанию учебника =

«Малые интерферирующие РНК» – «выключатели» гена и сред- ство для ингибирования пролиферации раковых клеток

  1. Ангиогенез и лимфангиогенез и их ингибирование для подавле- ния пролиферации раковых клеток первичного рака и метастазов
    Из раковой стволовой клетки за счет деления вначале в ткани, образуется скопление клеток-потомков виде узелка размером 1-2 мм. Дж. Фолкмэн (D. Folkman, 1970) из США учел тот факт, что когда идет рост рака из узелка, клетки в его середине начинают отмирать, а те, что снаружи, интенсивно делятся. У него возникла идея, что для роста рака должна заново, т.е. de novo, создаваться сеть кровеносных
  2. Вакцина на основе «гена tag7» для уничтожения раковых клеток и профилактики их возникновения
    При любой инфекции человека возбудитель – бактерия или вирус извне. Бактерия – прокариот, а раковая клетка – это клетка своего организма и эукариот. Эти резкие отличия вызывают иммунный ответ организма против возбудителей: В- и Т-лимфоциты распознают их по белкам-антигенам и уничтожают. При повторном инфицировании организма эти возбудители будут сразу уничтожены, так как их уже «запомнила»
  3. РНК-вакцина – новый способ поиска и уничтожения раковых клеток
    Стандартная лучевая терапия и химиотерапия рака не различают раковые клетки от нормальных клеток, что приводит к гибели последних. То есть оба вида лечения с тяжелыми побочными эффектами и не уничтожают все раковые клетки в организме пациента. Раковая клетка отличается от нормальной клетки наличием на своей поверхности белков-антигенов. При сравнении белков, синтезируемых раковой и нормальной
  4. Вакцина на основе дендритных клеток для поиска и уничтожения раковых клеток
    Даже солидный рак с размера узелка 2 мм или даже 1 мм в ткани для пациента уже является болезнью всего организма. Так как каждая его клетка – это клетка-организм, то для излечения от рака необходимо уничтожение всех раковых клеток. Но прежде надо найти каждую раковую клетку в организме среди нормальных клеток. Этого можно добиться с помощью вакцины. Рак – не одно целое, а незримое
  5. Нарушения в передаче сигнала к делению в раковой клетке: но- вые мишени для уничтожения раковых клеток
    Стандартные лекарства против раковых клеток действуют на них через повреждения их ДНК. Но при этом такое же действие их и на здоровые клетки организма пациента. То есть эти лекарства неизбирательные, с тяжелыми побочными эффектами. Для избежания этого, ученые долго искали новые мишени для лекарств, чтобы уничтожать только раковые клетки. Их нашли в «участниках» передачи сигнала к делению в
  6. Вирусы – естественное средство для уничтожения раковых клеток любого типа
    Для излечения от рака необходимо уничтожить все раковые клетки, где бы они ни оказались в организме пациента. Для этого нужен такой способ лечения, который позволяет решить две задачи: 1) разыскать раковые клетки среди нормальных клеток организма и 2) уничтожить каждую раковую клетку, и при этом не повредить здоровые, т.е. нормальные клетки. Оказалось, что есть вирусы – «онколитические». Они
  7. ДНК-чип для диагностики раковых клеток первичной опухоли и микрометастазов по плазме крови от пациента
    Так как диссеминация раковых клеток начинается с узелка из этих клеток в 1-2 мм в диаметре, то излечение рака возможно лишь на пути его ранней диагностики. В XXI в. станут известными основные гены-маркеры и белки-маркеры, превращающие нормальную клетку в раковую. По ним будет проводиться ранняя диагностика раковых клеток. Ранняя диагностика рака – это диагностика его начала. Еще важнее
  8. Методы для ранней диагностики раковых клеток
    Методы для ранней диагностики раковых
  9. Апоптоз и пути его применения для уничтожения раковых клеток
    Это необычное явление впервые заметил древний врач К. Гален (131-203гг. н.э.). Он наблюдал листопад с деревьев осенью: листья опадают с живой ветки, а если ее сломать, то листопад прекратится. Из этого К. Гален сделал выводы: 1) листопад – это преднамеренное самоубийство; 2) листья убивают сами себя, так как при наличии их зимой, снег сломает ветки. Это явление он обозначил термином апоптоз.
  10. Белковый чип для диагностики раковых клеток первичной опухоли и микрометастазов по сыворотке крови пациента
    Второй путь ранней диагностики раковых клеток по белкам на поверхности раковых клеток. Раковая клетка отличается от нормальной клетки того же типа по составу синтезируемых ею белков. Эти белки – продукт «поломок» в генетическом материале нормальной клетки, превратившие ее в раковую. Наличие их – признак того, что ген или гены, вызывающий перерождение нормальной клетки, начал свою
  11. Участие гемопоэтических клеток костного мозга в процессе мета- стазирования: новые мишени диагностики метастазов раковых клеток и их уничтожения
    Причины, по которым раковые клетки могут покидать первичный очаг рака и мигрировать в другие части тела, до конца не изучены. Многие жизни можно будет спасти, если удастся останавливать этот процесс. До сих пор считалось, что место образования метастаза определяется тем, в какой орган или органы с потоком крови попадает раковая клетка или клетки из первичного очага рака. Из нее за счет деления
  12. Биочип или микроматрица – устройство для ранней диагностики раковых клеток, слежения за лечением рака и контроля излечения
    Биочип – это организованное размещение молекул ДНК или белка на специальном носителе – «платформе». Платформа представляет из себя пластинку площадью всего 1 см2 или чуть больше. Она сделана из стекла или пластика, либо из кремния. На ней в строго определенном порядке может быть размещено множество молекул ДНК или белка. Отсюда и присутствие в термине слова – «микро». На биочипе можно
  13. Индукция реверсии раковых клеток в нормальные – путь их ликвидации
    Термин «реверсия» (от лат. reversio – возврат). Этим термином обозначают: - возврат свойств раковой клетки к норме или возврат ее к нормальной клетке; - утрата раковой клеткой злокачественности; - созревание раковой клетки до нормально дифференцированной клетки и другое (И.Н. Швембергер, 1976, 1980). До сих пор причиной канцерогенеза считали изменения структуры генов и аберрации
  14. Метастазирование раковых клеток: молекулярные причины и пути предотвращения
    Другим, еще более опасным следствием свойства инвазии раковых ство- ловых клеток, является образование ими метастазов в различных органах пациента. Метастаз – это вторичный очаг рака, образующийся из-за метастазирования раковых клеток в отдаленные органы. Метастазирование (от греч. metastasis – перемещение) – процесс переноса раковых клеток по кровеносным и лимфатическим сосудам из
  15. Вакцины – основное средство поиска и уничтожения раковых клеток
    Рак – не одно целое, а расселяющиеся по всему организму пациента потомки раковой клетки-организма с образованием метастазов. Это причины того, что для уничтожения раковых клеток необходим иммунный вариант лечения, т.е. системное воздействие. Раковая клетка несет на своей наружной мембране антигены, по которым ее может распознавать иммунная система и уничтожать. Основным средством иммунного
  16. Ксеновакцина – метод профилактики возникновения раковых клеток и их уничтожения
    Термин ксеновакцина (от греч. xenos – чужой + вакцина – от лат. vaccinus – коровий) означает препарат, применяемый для профилактики и лечения, в данном случае рака. Для излечения любого типа рака необходимо уничтожение всех раковых клеток в организме пациента. Но достичь этого традиционными методами лечения – хирургия, лучевая терапия и химиотерапия – не удается, так как эти методы неадекватны
Медицинский портал "MedguideBook" © 2014-2019
info@medicine-guidebook.com