RNA de interferencia: más que una herramienta de investigación en los vertebrados' inmunidad adaptativa
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En los últimos años, el silenciamiento de ARN, el uso de pequeños ARN de doble varados ~ 21 - 25 pares de bases para regular la expresión génica, se ha convertido en una poderosa herramienta de investigación a diseccionar el papel de la célula huésped de factores desconocidos en este "post-genómica" era. Si bien el mecanismo molecular de silenciamiento de ARN no ha sido definido con precisión, la revelación de que las pequeñas moléculas de ARN están equipados con esta función reguladora ha transformado nuestra manera de pensar sobre el papel del ARN en muchas facetas de la biología, lo que ilustra la complejidad y la interacción dinámica de la regulación celular . Como las plantas y los invertebrados carecen de la proteína basada en la inmunidad adaptativa que se encuentran en jawed vertebrados, la capacidad de ARN para silenciar la expresión de genes apagado en una secuencia específica de manera ofrece una explicación de la forma en que estos organismos patógenos contrarrestar las invasiones en la célula huésped. Se ha propuesto que este tipo de RNA mediada por mecanismo de defensa es una antigua forma de inmunidad para compensar los transgenes-, transposón-mediada por virus y ataques. Sin embargo, si 1) es un silenciamiento de ARN natural respuesta inmune en vertebrados para reprimir la invasión de patógenos, o 2) las células de vertebrados han evolucionado para contrarrestar la invasión en un "silenciamiento de RNA" de manera independiente de lo que queda por determinar. Una serie de informes recientes han proporcionado pistas tentadoras para apoyar la opinión de que el silenciamiento de ARN funciona como una respuesta fisiológica de regular la infección viral en células de vertebrados. Entre ellas, dos manuscritos que se publican en los últimos temas de la Ciencia y la inmunidad, respectivamente, han proporcionado algunas de las primeras evidencias de que el silenciamiento de ARN es un componente importante de la defensa antiviral en las células de vertebrados. Además de demostrar el silenciamiento de ARN que se crítica a la vertebración de la inmunidad innata, estos estudios ponen de relieve el potencial de la utilización de los sistemas de la infección por virus-como modelos para perfeccionar nuestra comprensión sobre los factores moleculares determinantes de silenciamiento de ARN en las células de vertebrados.
Silenciamiento de ARN fue reconocido como post-transcripcional silenciamiento génico en plantas (PTGS) [1], co-supresión de las plantas [2], o RNA mediada por virus en las plantas la resistencia [3]. Posteriormente se entiende que un mecanismo similar (interferencia de ARN) se encuentra también en Caenorhabditis elegans [4] y hongos [5, 6]. La generación de ~ 25 pares de nucleótidos de ARN que dará origen a una base de ~ 19-par de doble hélice es el denominador común entre estos diferentes sistemas. Estos RNAs son capaces de 'silenciar' el objetivo del mRNA a través de la complementariedad, que puede lleva a la degradación del ARNm de la meta o la supresión de la proteína objetivo de la traducción del mRNA.
Cuando estos pequeños RNAs se generan a partir de la doble-stranded RNA, que son conocidos como ARN interferentes pequeños (siRNAs); sin embargo, si estos pequeños ARN's son producidos a partir de dentro de la celda como ARN natural que se doblan en las estructuras de horquilla imperfecta, que se conocen como MicroRNAs (miRNAs). SiRNAs son producidos por división mediado a través de una ribonucleasas III (RNaseIII) relacionados con la enzima conocida como Dicer, que da lugar a la ARNsi duplex. Este dúplex es entonces ARNsi unwound por RNA helicasa y ensamblados en el silenciamiento de ARN inducida complejo (RISC). Se cree que el RISC entonces dirige la ARNsi a la meta a través de la secuencia del mRNA especificidad que conduce a la división de la meta del mRNA y silenciamiento de los genes objetivo. En contraste con siRNAs, miRNAs son producidos primero como ~ 70 nucleótidos pri-microRNAs (pri-miARN) en el núcleo, que luego se cleaved por un RNaseIII similares a la enzima conocida como Drosha para generar la pre-miARN. El pre-miARN es luego transportada en el citoplasma la ayuda de Exportin 5. Una vez que el pre-miARN ha llegado al citoplasma, Dicer es transportada la pre-miARN para generar el miARN duplex. El miARN duplex posteriormente se unwound por RNA helicasa y monta con RISC. Como se ha visto con ARNsi, algunos de los miARN se guiará por RISC para la división y la degradación del ARNm de la meta, sin embargo, la mayoría se miARN reprimir la traducción de la meta mRNA por su unión a los 3 'sin traducir región (3'UTR) de la meta .
Porque las plantas y los invertebrados carecen de la proteína basada en la inmunidad adaptativa que se encuentra en vertebrados superiores, se cree que la secuencia específica de mecanismo de silenciamiento de ARN es importante para la célula huésped para luchar contra invasores-virus, de los agentes patógenos y de los ácidos nucleicos [7 ]. Similar a la proteína basado en la respuesta inmune adaptativa en vertebrados superiores, el silenciamiento de ARN en C elegans y la planta se puede propagar a otras células no infectadas en el organismo para evitar nuevas infecciones. Esta propagación de silenciamiento de ARN se basa en un ARN-polimerasa de ARN dirigida (RdRP) para amplificar las secuencias de ARN dirigidas a silenciar. Curiosamente, no RdRP fue identificado en Drosophila melanogaster o cualquiera de los genomas humanos cuando un BLAST que se ejecutó la búsqueda de los casi completado los genomas de estas dos especies [8]. La falta de RdRP en Drosophila melanogaster y el genoma humano para amplificar las señales de la ARNsi como parte de su respuesta inmune podría sugerir que la existencia de los mecanismos de silenciamiento de ARN estas especies representa un "fósil molecular" de una antigua inmunidad innata, y ambos Drosophila y vertebrados Desde entonces han evolucionado para contrarrestar la invasión viral ARN a través de un mecanismo independiente silenciar.
Estudios recientes han proporcionado una serie de indirectas y pistas tantalising para apoyar la participación de silenciamiento de ARN viral en la infección de los vertebrados. Utilizando un sistema heterólogo, se ha demostrado que algunos de los virus de mamífero codificada proteínas, como la gripe viral y la proteína NS1 vaccinia E3L proteína viral, tienen un papel regulador negativo sobre el silenciamiento de ARN en las células de plantas y de insectos, proporcionando a las pruebas circunstanciales Ilustrar el potencial de participación de silenciamiento de ARN viral de estas proteínas de mamíferos en sus huéspedes naturales vertebrados objetivo [9 - 11]. Otros han demostrado que el VA no codificante del ARN adenovirus pueden regular por silenciamiento de ARN en células de mamífero [12]. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el capítulo de la doble naturaleza de los resultados puede siRNAs en un interferón mediada por la activación de JAK / STAT (Janus kinasa / transductor de señales y activador de la transcripción) y la vía de la regulación a nivel mundial de interferón-estimuló genes . Este proceso está regulado en parte por el dsRNA dependientes de la proteína quinasa (PKR). Como la alteración de adenoviral VA1 ARN de manera significativa en el nivel de adenovirus se encuentran en las células infectadas por medio de una fuerte activación de PKR actividad, por lo que es difícil aislar la contribución exacta de la adenoviral VA1 no codificante del ARN para silenciar el proceso de ARN en células de mamífero [ 12]. De igual manera, utilizando los sistemas de herpesviruses infección, se constató que una serie de herpesviruses (como el virus de Epstein-Barr, el sarcoma de Kaposi asociado-virus, citomegalovirus humano y el ratón gammaherpesvirus 68) codificar un conjunto de genes miARN [13 - 15], sin embargo, La importancia fisiológica funcional de estos miRNAs aún no se han validado [13 - 15].
Prueba directa de la importancia de ARN para silenciar a los vertebrados en el control de la invasión viral, recientemente ha surgido de los estudios que utilizan retrovirus humanos. En el primer estudio, los primates espumosa virus tipo 1 (PFV-1) se utilizó para infectar células de mamífero [16]. Aunque Lecellier et al. No pudieron identificar a los pequeños ARN viral derivados que reprimió la propagación de PFV-1 en la célula huésped, señalaron que PFV-1 promovido la infección no específica, la acumulación de derivados miRNAs celular como un medio de interferir en el MiARN vía de reglamentación [16], una situación que ha sido descrita previamente en la planta de la infección por el virus. Más concretamente, que han informado de la presencia de un celular derivados miARN que puede efectivamente reprimidas PFV-1 replicación [16]. En contraste con el PFV-1 estudio, Bennasser et al. Determinó que el virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1), contiene una rara ARNsi precursor dentro de sus genomas, la cual puede ser utilizada por la célula huésped para regular la infección por VIH-1 [17 ]. No se excluye que similar a la PFV-1 sistema, otros aún no se identificó célula huésped secuencia derivados miARN también puede desempeñar funciones en la supresión de la infección por VIH-1. Una notable coincidencia entre PFV-1 y VIH-1 es que ambos virus se han desarrollado para el aprovechamiento de sus respectivos factores de transcripción viral (el PFV Tas-1 y el VIH-1, la proteína Tat, respectivamente) como supresores de silenciamiento de ARN (SRS) para contrarrestar Esta célula huésped de la respuesta inmune [16, 17]. Utilizando un transcripcional inactivos Tat del VIH-1 mutante, Bennasser et al. Demostrado además que la actividad transcripcional de Tat no es esencial para esta actividad SRS de Tat del VIH-1 [17]. Actualmente, aún no está claro si la actividad transcripcional de la PFV-1 Tas también es prescindible para su función SRS. Más trabajo es necesario para desentrañar el mecanismo exacto por PFV Tas-1 y VIH-1 Tat acusar la célula huésped del antiviral silenciamiento de ARN. Queda por ver si estos dos virus comparten el mismo mecanismo en este tipo de inmunidad innata, la demostración de silenciamiento de ARN en las células de vertebrados se destacan claramente la importancia de esta antigua inmunidad en eucariotas superiores [16, 17]. Esto es aún más por la rareza de ARNsi secuencia encuentran en el genoma del VIH-1 y la falta de ARNsi precursor PFV secuencia en el genoma, lo que implica que estos dos virus han evolucionado bajo la presión selectiva y silenciamiento de ARN han tratado de modificar sus secuencias de Eludir este antiviral selección. Estas observaciones también hincapié en el potencial para explorar el silenciamiento de ARN como medio para suprimir la infección viral (como el VIH-1) en células de mamífero, a pesar de una estrategia eficaz para ofrecer pequeños interferencia ARN en las células objetivo tiene que ser desarrollado. En una nota separada, los estudios recientes han demostrado que la infección viral de las células de vertebrados puede ser utilizado como una herramienta importante para diseccionar las bases moleculares de este fascinante pero algo 'mal definidos' en el proceso de silenciar a los mamíferos.
Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.
Doy las gracias a los revisores por sus valiosos comentarios. Soy el apoyo de una Beca de Investigación Superior de Pfizer, Australia NHMRC subvenciones para proyectos, Centro Australiano para el VIH y la hepatitis Virología, y la Universidad de Monash.