Small non-coding RNAs: Diagnostic and therapeutic news

JMB 2008; 27 (3) DOI: 10.2478/v10011-008-0018-z UDK 577.1 : 61 ISSN 1452-8258 JMB 27: 371–375, 2008 Review article Pregledni ~lanak MALE NEKODIRAJU]E RNK-NOVINE U DIJAGNOSTICI I TERAPIJI SMALL NON-CODING RNAs – DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC NEWS Gordana Koci} Medicinski fakultet Ni{, Srbija Kratak sadr`aj: Nekodiraju}e RNK predstavljaju specifi~nu klasu RNK koje ne slu`e u procesu translacije proteina. One u~estvuju u nizu razli~itih regulatornih procesa vezanih za proces transkripcije i posttranskripcioni nivo. Pomenuta familija RNK sadr`i razli~ite tipove, ali su gotovo sve oko 20–30 nukleotida duga~ke, nastale iz prekursora ve}e du`ine. Neke od njih, kao {to je siRNK (mala interferentna RNK) formiraju se nakon razgradnje dvostrukospiralnih RNK (dsRNK) i udru`ene su sa virusnom infekcijom. Druge familije, poznate kao mikro RNK (miRNK), kodiraju se od strane specifi~nih gena. Glavna funkcija je inhibicija translacije, razgradnja mRNK ili indukcija razgradnje mRNK, poznata kao uti{avanje mRNK. Prepoznavanje target mRNK mogu}e je po principu komplementarnosti baza. Stepen komplementarnosti odre|uje uspe{nost uti{avanja. Kori{}enje iRNK u antivirusnom odgovoru predstavlja novi terapijski izazov. Dok neke siRNK imaju zadatak da suprimiraju razvoj oboljenja (virus), druge su uklju~ene u razvoj humanih kancera. Stoga je njihova identifikacija va`na sa dijagnosti~kog i terapijskog aspekta kod razli~itih tipova karcinoma i razli~itih stadijuma oboljenja. Neki tipovi miRNK su udru`eni sa razvojem degenerativnih i metaboli~kih oboljenja. S obzirom na to da pravilan razvoj nervnog sistema, insulinska sekrecija, kao i va`ni metaboli~ki procesi zahtevaju preciznu kontrolu na nivou ekspresije gena, kontrola stabilnosti i translacije mRNK putem malih nekodiraju}ih RNK predstavlja dominantnu regulaciju razli~itih metaboli~kih, endokrinih i neurolo{kih procesa. Klju~ne re~i: nekodiraju}e RNK, RNAsi, mRNK Summary: Non-coding RNAs represent a specific type of RNAs that are non translated into proteins. They participate in a number of different regulatory processes concerning the transcriptional and posttranscriptional level. This family contains different types, each mainly 20–30 nucleotides long, excised from longer precursors. Some of them, such as siRNAs (small interfering RNAs) are formed during longer double-stranded dsRNA cleavage associated with the viral infection. Another family, named micro RNAs (miRNA) are encoded by specific genes. The main function is to repress or degrade mRNA translation or to induce mRNA degradation, know as RNA silencing. They recognize target mRNA according to the sequence-specific base pairing. The degree of complementarity directs the outcome of the reaction. The use of RNAi as a defence against different viruses was documented as a new therapeutic tool. Some siRNAs have a potential of silencing disease (virus) specific RNAs, while miRNAs are involved in development of human cancers. Their profiling can be used as diagnostic and prognostic tool in different cancer types and different cancer stages. Some of the miRNAassociated genes are implicated in the development of degenerative and metabolic diseases. Since the proper development of the nervous system, insulin secretion and important metabolic processes requires precise control of gene expression, control of the translation and stability of many mRNAs by the small non-coding RNAs is emerging as an important regulator of various metabolic, endocrine and neurological processes. Keywords: non-coding RKAs, RNAsi, RNAs Uvod Male nekodiraju}e RNK izolovane su iz niza eukariotskih }elija: humanog ili animalnog porekla, bil- Address for correspondence: Gordana Koci} Medicinski fakultet Ni{, Srbija jaka, gljivica, algi, ali i nekih DNK virusa. Po definiciji su ozna~ene kao efektorni molekuli koji u~estvuju u specifi~nom genetskom »uti{avanju« target nukleotidne sekvence, poznatom kao RNK interferencija (RNAi) (1–3). O aktuelnosti i zna~aju otkri}a na polju malih nekodiraju}ih RNK svedo~i podatak da je istra`ivanje na ovom polju nedavno, 2006 godine, rezultovalo Nobelovom nagradom, koju su podelila dva istra`iva~a, Anrew Fire i Craig Mello. 372 Koci}: Male nekodiraju}e RNK-novine u dijagnostici i terapiji Tabela I Tipovi RNK. Klasi~ne RNK koje u~estvuju u sintezi proteina Nekodiraju}e regulatorne RNK m(i) RNK slu`i kao matrica za sintezu proteina siRNK (male interferentne RNK) male, 20–25 nukleotida, nastaju iz dvostrukospiralnih RNK, reguli{u sintezu proteina. Nastaju iz dvostrukospiralnih RNK, naj~e{}e pod dejstvom virusa rRNK sastojak ribonukleoproteinskih partikula ribozoma miRNK (mikro RNK) male, 20–25 nukleotida, vr{e represiju sinteze proteina na nivou mRNK i uti~u na degradaciju mRNK. Nastaju iz jednolan~anih RNK tRNK vezuju specifi~ne aminokiseline i prenose ih do ribozoma piRNK (Piwi-associated) Male, 25–30 nukleotida, nastaju iz jednolan~anih prekursora, va`ne za razvoj germinativnih }elija Du`e nekodiraju}e RNK imaju od 70 do hiljade nukleotida, u~estvuju u RNA splajsingu »Klasi~ne« ribonukleinske kiseline se dele na tri glavna tipa: informacione RNK, transportne RNK i ribozomalne RNK. Mada transportne i ribozomalne RNK pripadaju tipu nekodiraju}ih RNK, jer ne slu`e direktno za sintezu proteina, poslednjih godina identifikovan je veliki broj novih nekodiraju}ih RNK. One su male molekulske mase i imaju mali broj nukleotida, svega 20–30. Uprkos male molekulske mase, ove nukleinske kiseline imaju zna~ajnu regulatornu ulogu, naj~e{}e u interferenciji, naj~e{}e inhibiciji sinteze proteina. Tabela I prikazuje naj~e{}u podelu ribonukleinskih kiselina. Veliki broj malih nekodiraju}ih RNK je u kompleksu sa proteinima i poznati su kao ribonukleoproteinski kompleksi (RNP). Iako nisu direktno uklju~ene u proces transkripcije ili translacije, one u velikoj meri uplivi{u na brzinu, tok i pravac ovih procesa pri ~emu naje}i broj ima upliva na transkripciju, a zatim na translaciju, strukturu hromozoma, procesuiranje RNK i usmeravanje ka mestu translacije (4–6). uop{te nisu pokazivali boju. Ta pojava je nazvana interferencija, a po njoj je i ~itava familija RNK nazvana male interferentne RNK. Nakon toga su usledila temeljna istra`ivanja (7). Sinteza razli~itih malih nekodiraju}ih RNK u }eliji Sofisticiranim tehnikama izolacije ribonukleinskih kiselina, a zatim metodama hibridizacije malih RNK, ustanovljeno je da humani genom kodira preko hiljadu malih RNK. Ustanovljeno je da male nekodiraju}e RNK nastaju procesom degradacije dugolan~anih RNK, koje mogu biti dvostruko spiralne, kada nastaje siRNK tako {to se komplementarni DNK lanac transkribuje u RNK sekvencu. Pomenuto stanje se naj~e{}e doga|a u toku replikacije virusa, koji stvaraju »sense« i »antisense« polinukleotidni lanac, ali u isto vreme iniciraju sintezu siRNK. Sinteza ovih RNK u enzimskom smislu veoma podse}a na sintezu mRNK, {to zna~i da je RNK polimeraza II odgovorna za proces transkripcije. Male interferentne RNK nastaju iz dvost (...truncated)