Войти
Белок Argonaute играет центральную роль в процессах сайленсинга РНК, являясь важными компонентами РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC). RISC отвечает за феномен молчания генов, известный как РНК-интерференция (RNAi). Белки аргонавта связывают различные классы малых некодирующих РНК, включая микроРНК (миРНК), малые интерферирующие РНК (миРНК) и Piwi-взаимодействующие РНК (пиРНК). Малые РНК направляют белки Argonaute к их конкретным мишеням за счет комплементарности последовательностей (спаривания оснований), что затем приводит к расщеплению мРНК или ингибированию трансляции.
Название этого семейства белков происходит от мутантного фенотипа, возникающего в результате мутации AGO1 в Arabidopsis thaliana, который был уподоблен Bohmert et al. к внешнему виду пелагического осьминога Argonauta argo.
| Argonaute Домен Пиви | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Белок аргонавта из Pyrococcus furiosus. PDB 1U04. Домен PIWI справа, домен PAZ слева. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Symbol | Piwi | ||||||||
| Pfam | PF02171 | ||||||||
| InterPro | IPR003165 | ||||||||
| PROSITE | PS50822 | ||||||||
| CDD | cd02826 | ||||||||
| |||||||||
| домен Argonaute Paz | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Symbol | Paz | ||||||||
| Pfam | PF12212 | ||||||||
| InterPro | IPR021103 | ||||||||
| SCOPe | b.34.14.1 / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Слева: полноразмерный белок аргонавта из архей видов Pyrococcus furiosus. PDB 1U04. Справа: домен PIWI белка аргонавта в комплексе с двухцепочечной РНК PDB 1YTU. Взаимодействие с укладкой оснований между 5'-основанием на направляющей цепи и консервативным остатком тирозина (светло-голубым) выделено; стабилизирующий двухвалентный катион (магний ) показан серой сферой. 
Лентивирус доставка сконструированных кшРНК и механизм РНК-интерференции в клетках млекопитающих. РНК-интерференция (РНКи) - это биологический процесс, в котором молекулы РНК ингибируют экспрессию гена. Метод ингибирования заключается в разрушении определенных молекул мРНК или простом подавлении трансляции белка. РНК-интерференция играет важную роль в защите клеток от паразитарных нуклеотидных последовательностей. У многих эукариот, включая животных, обнаружен путь РНК-интерференции, инициируемый ферментом Dicer. Дайсер расщепляет длинные двухцепочечные молекулы РНК (дцРНК) на короткие двухцепочечные фрагменты примерно из 20 нуклеотидных миРНК. Затем дцРНК разделяется на две одноцепочечные РНК (оцРНК) - цепь-пассажира и направляющую цепь. Впоследствии цепь-пассажир разрушается, а направляющая цепь включается в РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC). Наиболее хорошо изученным результатом РНКи является посттранскрипционное молчание гена, которое происходит, когда направляющая цепь соединяется с комплементарной последовательностью в молекуле матричной РНК и вызывает расщепление аргонавтом, которое лежит в основе комплекса РНК-индуцированного молчания.
Белки Argonaute являются активной частью РНК-индуцированного комплекса сайленсинга, расщепляя цепь мРНК-мишени, комплементарную связанной с ними миРНК. Теоретически дисер продуцирует короткие двухцепочечные фрагменты, поэтому должны быть также продуцированы две функциональные одноцепочечные миРНК. Но только одна из двух однонитевых РНК здесь будет использоваться для образования пары оснований с целевой мРНК. Он известен как направляющая цепь, включается в белок Argonaute и приводит к молчанию генов. Другая одноцепочечная названная цепь-пассажир разрушается в процессе РНК-индуцированного комплекса молчания.
Как только Argonaute связывается с малой РНК, ферментативная активность, обеспечиваемая доменом PIWI, расщепляется только пассажирская цепь небольшой интерферирующей РНК. Разделение цепей РНК и включение в белок Argonaute регулируются силой взаимодействия водородных связей на 5'-концах дуплекса РНК, известного как правило асимметрии. Также степень комплементарности между двумя цепями промежуточного дуплекса РНК определяет, как miRNA сортируются в различные типы белков Argonaute.
У животных Argonaute, связанный с miRNA, связывается с 3'-нетранслируемой областью мРНК и предотвращает продукцию белков различными способами. Привлечение белков Argonaute к целевой мРНК может вызвать деградацию мРНК. Комплекс Argonaute-miRNA также может влиять на образование функциональных рибосом на 5'-конце мРНК. Комплекс здесь конкурирует с факторами инициации трансляции и / или нарушает сборку рибосомы. Кроме того, комплекс Argonaute-miRNA может регулировать выработку белка путем привлечения клеточных факторов, таких как пептиды или посттрансляционные модифицирующие ферменты, которые ухудшают рост полипептидов.
В растениях однажды de novo удваивается. -цепочечные (ds) РНК-дуплексы генерируются с целевой мРНК, неизвестный фермент, подобный РНКазе-III, производит новые миРНК, которые затем загружаются на белки Argonaute, содержащие домены PIWI, лишенные каталитических аминокислотных остатков, что может вызвать другой уровень молчания специфических генов.
Семейство генов Argonaute (AGO) кодирует четыре характерных домена: N-концевой, PAZ, Mid и C-концевой домен PIWI.
Домен PAZ назван в честь белков PIWI, AGO и Zwille, благодаря чему обнаружено, что он консервативен. Домен PAZ представляет собой модуль связывания РНК, который узнает 3'-конец как миРНК, так и миРНК, независимо от последовательности. Следовательно, он нацелен на мРНК для ингибирования расщепления или трансляции посредством взаимодействия пар оснований.
Белок PIWI дрозофилы дал название этому характерному мотиву. По структуре напоминающий РНКазу H, домен PIWI необходим для расщепления-мишени. Активный центр с триадой аспартат-аспартат-глутамат содержит ион двухвалентного металла, необходимый для катализа. Члены семейства AGO, которые потеряли эту консервативную особенность во время эволюции, будут лишены активности расщепления. В AGO человека мотив PIWI также опосредует белок-белковое взаимодействие в блоке PIWI, где он связывается с Dicer в одном из доменов РНКазы III.
На границе домена PIWI и Mid находится 5'-фосфатный миРНК или миРНК, которые необходимы для функциональности. Внутри Mid находится мотив MC, структура гомолога кэп-структуры, обнаруженная в eIF4E. Позже было доказано, что мотив MC участвует в структуре связывающего кэпа и, следовательно, в контроле трансляции.
У человека имеется восемь членов семейства AGO, некоторые из которых интенсивно исследуются. Однако, даже несмотря на то, что AGO1-4 способны загружать miRNA, эндонуклеазная активность и, следовательно, RNAi-зависимое молчание генов принадлежит исключительно AGO2. Принимая во внимание сохранение последовательности доменов PAZ и PIWI во всем семействе, предполагается, что уникальность AGO2 возникает либо из-за N-конца, либо из-за спейсинговой области, связывающей мотивы PAZ и PIWI.
Некоторые семейства AGO в растениях также привлекают внимание. огромное усилие учебы. AGO1 явно участвует в деградации РНК, связанной с miRNA, и играет центральную роль в морфогенезе. У некоторых организмов это строго требуется для эпигенетического молчания. Он регулируется самой miRNA. AGO4 не участвует в РНК-направленной деградации РНК, но участвует в метилировании ДНК и другой эпигенетической регуляции посредством пути малых РНК (smRNA). AGO10 участвует в развитии растений. AGO7 имеет функцию, отличную от AGO 1 и 10, и не обнаруживается в подавлении генов, индуцированном трансгенами. Напротив, это связано со сроками развития растений.
Для заболеваний, которые связаны с селективной или повышенной экспрессией определенных идентифицированных генов, таких как рак поджелудочной железы, высокий Специфичность последовательности РНК-интерференции может сделать его подходящим лечением, особенно подходящим для борьбы с раком, связанным с мутированными последовательностями эндогенного гена. Сообщалось, что несколько крошечных некодирующих РНК (микроРНК) связаны с раком человека, например miR-15a и miR-16a часто удаляются и / или регулируются у пациентов. Хотя биологические функции miRNAs полностью не изучены, роль miRNAs в координации пролиферации и гибели клеток во время развития и метаболизма была раскрыта. Считается, что miRNA могут направлять негативную или позитивную регуляцию на разных уровнях, что зависит от конкретных miRNA и взаимодействия пары оснований-мишеней и кофакторов, которые их распознают.
Поскольку широко известно, что многие вирусы имеют в качестве генетического материала РНК, а не ДНК, и проходят по крайней мере одну стадию своего жизненного цикла, когда они образуют двухцепочечную РНК, вмешательство РНК считается потенциально эволюционно древним механизмом защиты организмов от вирусов.. Малые интерферирующие РНК, продуцируемые Dicer, вызывают специфичное для последовательности посттранскрипционное подавление гена, направляя эндонуклеазу, РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC), к мРНК. Этот процесс был замечен у широкого круга организмов, таких как гриб Neurospora (у которого он известен как подавление), растения (посттранскрипционное подавление гена) и клетки млекопитающих (РНКи). Если существует полная или почти полная комплементарность последовательности между малой РНК и мишенью, компонент белка Argonaute RISC опосредует расщепление транскрипта-мишени, механизм включает преимущественно репрессию трансляции.
Важно отметить, что мыши, инфицированные гриппом с дефицитом Argonaute 4 (AGO4), имеют значительно более высокую нагрузку и вирусные титры in vivo, в отличие от мышей с дефицитом AGO1 или AGO3. Таким образом, специфическое стимулирование функции AGO4 в клетках млекопитающих может быть эффективной противовирусной стратегией.
В 2016 году группа из Университета науки и технологий Хэбэя сообщила о редактировании генома с использованием прокариотического белка Argonaute из Natronobacterium gregoryi. Однако доказательства применения белков Argonaute в качестве ДНК-управляемых нуклеаз для редактирования генома были подвергнуты сомнению, и ведущий журнал отказался от утверждения. В 2017 году группа из Университета Иллинойса сообщила об использовании прокариотического белка Argonaute, взятого из Pyrococcus furiosus (PfAgo), вместе с направляющей ДНК для редактирования ДНК in vitro в качестве искусственных рестрикционных ферментов. Искусственные рестрикционные ферменты на основе PfAgo также использовались для хранения данных о последовательностях нативной ДНК посредством ферментативного связывания.
