Войти
В молекулярной биологии и genetics, смысл молекулы нуклеиновой кислоты, в частности цепи ДНК или РНК, относится к Природа ролей цепи и ее комплемента в определении последовательности аминокислот. В зависимости от контекста смысл может иметь несколько разные значения. Например, ДНК имеет положительный смысл, если версия РНК той же последовательности транслируется или транслируется в белок, и отрицательный смысл, если нет.
Из-за комплементарной природы спаривания оснований между полимерами нуклеиновых кислот, двухцепочечная молекула ДНК будет состоять из двух цепей с последовательностями, которые являются обратными комплементами друг друга. Чтобы помочь молекулярным биологам конкретно идентифицировать каждую нить индивидуально, две нити обычно различают как «смысловую» и «антисмысловую» цепь. Отдельная цепь ДНК называется положительно-смысловой (также положительной (+) или просто смысловой ), если ее нуклеотидная последовательность соответствует непосредственно последовательности РНК транскрипта, которая транслируется или переводится в последовательность из аминокислот (при условии, что любые тиминовые основания в последовательности ДНК заменены основаниями урацила в последовательности РНК). Другая цепь двухцепочечной молекулы ДНК называется отрицательно-смысловой (также отрицательной (-) или антисмысловой ) и обратно комплементарна как положительно-смысловая цепь, так и транскрипт РНК. На самом деле именно антисмысловая цепь используется в качестве матрицы, из которой РНК-полимеразы конструируют транскрипт РНК, но комплементарное спаривание оснований, с помощью которого происходит полимеризация нуклеиновой кислоты, означает, что последовательность транскрипта РНК будет выглядеть идентично к смысловой цепи, кроме использования в транскрипте РНК урацила вместо тимина.
Иногда фразы кодирующая цепь и матричная цепь встречаются соответственно вместо смысловой и антисмысловой, а в контексте двухцепочечной молекулы ДНК - этих терминов по существу эквивалентны. Однако кодирующая / смысловая цепь не всегда должна содержать код, который используется для создания белка; могут быть транскрибированы как кодирующие белок, так и некодирующие РНК.
Термины «смысл» и «антисмысловой» относятся только к конкретному рассматриваемому транскрипту РНК, а не к цепи ДНК в целом. Другими словами, любая цепь ДНК может служить смысловой или антисмысловой цепью. Большинство организмов с достаточно большими геномами используют обе цепи, каждая из которых функционирует как матричная цепь для различных транскриптов РНК в разных местах одной и той же молекулы ДНК. В некоторых случаях транскрипты РНК могут транскрибироваться в обоих направлениях (то есть на любой цепи) из общей области промотора или транскрибироваться из интронов любой цепи (см. «Амбисенс» ниже).
Смысловая цепь ДНК выглядит как транскрипт информационной РНК (мРНК) и, следовательно, может использоваться для считывания ожидаемого кодона последовательность, которая в конечном итоге будет использоваться во время трансляции (синтеза белка) для построения аминокислотной последовательности, а затем белка. Например, последовательность «ATG» в смысловой цепи ДНК соответствует кодону «AUG» в мРНК, который кодирует для аминокислоты метионина. Однако сама смысловая цепь ДНК не используется в качестве матрицы для мРНК; именно антисмысловая цепь ДНК служит источником белкового кода, поскольку с основаниями, комплементарными смысловой цепи ДНК, она используется в качестве матрицы для мРНК. Поскольку транскрипция приводит к продукту РНК, комплементарному матричной цепи ДНК, мРНК комплементарна антисмысловой цепи ДНК.
Схема, показывающая, как антисмысловые цепи ДНК могут мешать трансляции белка Следовательно, триплет оснований 3'-TAC-5 'в антисмысловой цепи ДНК (комплементарный 5'-ATG-3' смысловой цепи ДНК) используется в качестве матрицы, что приводит к получению триплета оснований 5'-AUG-3 'в мРНК. Смысловая цепь ДНК будет иметь триплет ATG, который похож на триплет AUG мРНК, но не будет использоваться для производства метионина, потому что он не будет напрямую использоваться для создания мРНК. Смысловая цепь ДНК называется «смысловой» цепью не потому, что она будет использоваться для производства белка (это не будет), а потому, что она имеет последовательность, которая непосредственно соответствует последовательности кодона РНК. По этой логике сам транскрипт РНК иногда описывается как «смысл».
Некоторые области в двухцепочечной цепи Код молекулы ДНК для генов, которые обычно представляют собой инструкции, определяющие порядок, в котором аминокислоты собираются для образования белков, а также регуляторные последовательности, сайты сплайсинга, некодирующие интроны и другие генные продукты. Чтобы клетка могла использовать эту информацию, одна цепь ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной цепи РНК. Транскрибируемая цепь ДНК называется цепочкой-матрицей с антисмысловой последовательностью, а полученный из нее транскрипт мРНК называется смысловой последовательностью (комплемент антисмысловой последовательности). Считается, что нетранскрибируемая цепь ДНК, комплементарная транскрибированной цепи, имеет смысловую последовательность; он имеет ту же смысловую последовательность, что и транскрипт мРНК (хотя Т-основания в ДНК заменены на U-основания в РНК).
| 3'CGCTATAGCGTTT 5 ' | антисмысловая цепь ДНК (матрица / некодирующая) | Используется в качестве матрицы для транскрипции. |
| 5'GCGATATCGCAAA 3 ' | смысловая цепь ДНК (не шаблонная / кодирующая) | Комплементарная матричной цепи. |
| 5'GCGAUAUCGCAAA 3 ' | смысловой транскрипт мРНК | цепь РНК, которая транскрибируется с некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи. Примечание. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами (T → U), они комплементарны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК и идентичны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК. |
| 3'CGCUAUAGCGUUU 5 ' | антисмысловой транскрипт мРНК | цепь РНК, которая транскрибируется с кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи. Примечание. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами (T → U), они комплементарны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК и идентичны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК. |
Имена, присвоенные каждой нити, на самом деле зависят от того, в каком направлении вы пишете последовательность, содержащую информацию для белков («смысловую» информацию), а не от того, какая нить изображена как «вверху». "или" внизу "(что произвольно). Единственная биологическая информация, которая важна для маркировки цепей, - это относительное расположение концевой 5'-фосфатной группы и концевой 3'-гидроксильной группы (на концах рассматриваемой цепи или последовательности), поскольку эти концы определяют направление транскрипции и перевод. Последовательность, записанная 5'-CGCTAT-3 ', эквивалентна последовательности, записанной 3'-TATCGC-5', если отмечены концы 5 'и 3'. Если концы не помечены, принято считать, что обе последовательности написаны в направлении от 5'-к-3 '. «Нить Ватсона» относится к верхней нити 5'-3'(5 '→ 3'), тогда как «Криковская цепочка» относится к нижней нити 5'-к-3 '(3' ← 5 '). И цепи Watson, и цепи Крика могут быть смысловыми или антисмысловыми цепями, в зависимости от конкретного генного продукта, полученного из них.
Например, обозначение «YEL021W», псевдоним гена URA3, используемого в базе данных Национального центра биотехнологической информации (NCBI), означает, что этот ген находится в 21 открытая рамка считывания (ORF) из центромеры левого плеча (L) хромосомы дрожжей (Y) номер V (E), и что цепь, кодирующая экспрессию, представляет собой цепь Уотсона (W). «YKL074C» обозначает 74-ю ORF слева от центромеры хромосомы XI, и что кодирующая цепь является цепью Крика (C). Другой сбивающий с толку термин, относящийся к «плюсовой» и «минусовой» цепям, также широко используется. Независимо от того, является ли цепь смысловой (положительной) или антисмысловой (отрицательной), запросной последовательностью по умолчанию при выравнивании NCBI BLAST является «Плюс».
Одноцепочечный геном, который используется как в положительном, так и в отрицательном смысле, называется ambisense . Некоторые вирусы имеют амбисенсный геном. Буньявирусы имеют три фрагмента одноцепочечной РНК (оцРНК), некоторые из которых содержат участки как с положительным, так и с отрицательным смыслом; аренавирусы также являются оцРНК-вирусами с амбисенсным геномом, поскольку они имеют три фрагмента, которые в основном имеют отрицательный смысл, за исключением части 5'-концов большого и малого сегментов их генома.
Последовательность РНК, которая комплементарна эндогенному транскрипту мРНК, иногда называется «антисмысловой РНК ». Другими словами, это некодирующая цепь, комплементарная кодирующей последовательности РНК; это похоже на вирусную РНК с отрицательным смыслом. Когда мРНК образует дуплекс с комплементарной антисмысловой последовательностью РНК, трансляция блокируется. Этот процесс связан с интерференцией РНК. Клетки могут естественным образом продуцировать молекулы антисмысловой РНК, называемые микроРНК, которые взаимодействуют с комплементарными молекулами мРНК и ингибируют их экспрессию. Эта концепция также использовалась в качестве метода молекулярной биологии путем искусственного введения трансгена, кодирующего антисмысловую РНК, чтобы заблокировать экспрессию интересующего гена. Радиоактивно или флуоресцентно меченая антисмысловая РНК может использоваться для демонстрации уровня транскрипции генов в различных типах клеток.
Некоторые альтернативные антисмысловые структурные типы были экспериментально применены в качестве антисмысловой терапии. В США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило фосфоротиоатные антисмысловые олигонуклеотиды фомивирсен (Витравен) и мипомерсен (Кинамро) для терапевтического использования у людей..
В вирусологии термин «смысл» имеет несколько иное значение. Можно сказать, что геном РНК-вируса имеет либо положительный смысл, также известный как «плюс-цепь», либо отрицательный смысл, также известный как «минус-прядь». В большинстве случаев термины «смысл» и «нить» используются взаимозаменяемо, делая такие термины, как «положительная цепь» эквивалентными «положительному значению», и «положительная цепь», эквивалентными «положительному значению». Независимо от того, является ли вирусный геном с положительным или отрицательным смыслом, можно использовать в качестве основы для классификации вирусов.
-положительная (5 ' -to- 3' ) вирусная РНК означает, что конкретная последовательность вирусной РНК может быть непосредственно транслировал в вирусные белки (например, те, которые необходимы для репликации вируса). Следовательно, в вирусах с положительной РНК геном вирусной РНК можно рассматривать как вирусную мРНК и может немедленно транслироваться клеткой-хозяином. В отличие от РНК с отрицательным смыслом, РНК с положительным смыслом имеет тот же смысл, что и мРНК. Некоторые вирусы (например, Coronaviridae ) имеют геномы с положительным смыслом, которые могут действовать как мРНК и использоваться непосредственно для синтеза белков без помощи комплементарного промежуточного соединения РНК. По этой причине этим вирусам не нужно иметь РНК-полимеразу, упакованную в вирион - РНК-полимераза будет одним из первых белков, продуцируемых клеткой-хозяином, поскольку она необходимо для репликации генома вируса.
Вирусная РНК с отрицательным смыслом (3'-к-5 ') комплементарна вирусной мРНК, поэтому РНК с положительным смыслом должна производиться РНК-зависимая РНК-полимераза от него до трансляции. Подобно ДНК, РНК с отрицательным смыслом имеет нуклеотидную последовательность, комплементарную кодируемой ею мРНК; также как и ДНК, эта РНК не может быть напрямую транслирована в белок. Вместо этого его сначала необходимо транскрибировать в РНК с положительным смыслом, которая действует как мРНК. Некоторые вирусы (например, вирусы гриппа ) имеют геномы с отрицательным смыслом и поэтому должны нести РНК-полимеразу внутри вириона.
Подавление гена может быть достигнуто путем введения в клетки короткого «антисмыслового олигонуклеотида», комплементарного РНК-мишени. Этот эксперимент был впервые проведен Замечником и Стивенсоном в 1978 году и продолжает оставаться полезным подходом как для лабораторных экспериментов, так и, возможно, для клинического применения (антисмысловая терапия ). Некоторые вирусы, такие как вирусы гриппа, респираторно-синцитиальный вирус (RSV) и коронавирус SARS (SARS-CoV), были нацелены на использование антисмысловых олигонуклеотидов для подавления их репликации в клетках-хозяевах.
Если антисмысловой олигонуклеотид содержит участок ДНК или имитатор ДНК (фосфоротиоатная ДНК, 2'F-ANA или другие), он может рекрутировать РНКазу H для разложения целевой РНК. Это делает механизм сайленсинга генов каталитическим. Двухцепочечная РНК может также действовать как каталитический фермент-зависимый антисмысловой агент через путь RNAi / siRNA, включая распознавание целевой мРНК посредством спаривания смысловой и антисмысловой цепей с последующей деградацией целевой мРНК с помощью РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC). Система плазмиды R1 hok / sok представляет собой еще один пример процесса фермент-зависимой антисмысловой регуляции посредством ферментативной деградации образовавшегося дуплекса РНК.
Другие антисмысловые механизмы не зависят от ферментов, но включают стерическое блокирование их РНК-мишени (например, для предотвращения трансляции или для индукции альтернативного сплайсинга). В антисмысловых механизмах стерического блокирования часто используются сильно модифицированные олигонуклеотиды. Поскольку нет необходимости в распознавании РНКазы H, это может включать химические соединения, такие как 2'-O-алкил, пептидная нуклеиновая кислота (PNA), заблокированная нуклеиновая кислота (LNA) и Морфолино олигомеры.
