Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В области молекулярной биологии и генетики , то смысл из нуклеиновой кислоты молекулы, в частности , в виде нити ДНК или РНК , относится к характеру роли нити и ее комплементом в указании 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 переводится в белок, и отрицательный смысл, если нет.

Чувство ДНК [ править ]

Из-за комплементарного характера образования пар 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» цепь и «антисмысловую» цепь. Отдельная цепь ДНК называется положительно-смысловой (также положительной (+) или просто смысловой ), если ее нуклеотидная последовательность напрямую соответствует последовательности транскрипта РНК, который транслируется или транслируется в последовательность аминокислот.(при условии, что любые основания тимина в последовательности ДНК заменены основаниями урацила в последовательности РНК). Другая цепь двухцепочечной молекулы ДНК называется отрицательно-смысловой (также отрицательной (-) или антисмысловой ) и является обратно комплементарной как положительно-смысловой цепи, так и транскрипту 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 идентичной смысловой цепи, за исключением от использования транскрипта РНК урацила вместо тимина.

Иногда вместо смыслового и антисмыслового словосочетания « кодирующая цепь» и « матричная цепь» встречаются, соответственно, и в контексте двухцепочечной молекулы ДНК использование этих терминов по существу эквивалентно. Однако кодирующая / смысловая цепь не всегда должна содержать код, который используется для создания белка; могут транскрибироваться 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 нити, причем каждая нить функционирует как нить-матрица для разных транскриптов РНК в разных местах одной и той же молекулы ДНК. В некоторых случаях транскрипты РНК могут транскрибироваться в обоих направлениях (т.е. на любой цепи) из общей промоторной области или транскрибироваться из интронов на любой цепи (см. «Амбисенс» ниже). [1] [2] [3]

Антисмысловая ДНК [ править ]

Смысловая цепь ДНК выглядит как транскрипт информационной РНК (мРНК) и поэтому может использоваться для считывания ожидаемой кодоновой последовательности, 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 аминокислоту метионин . 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 цепи-матрице 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 5'-AUG-3 ' триплет оснований в мРНК. Смысловая цепь ДНК будет иметь триплет ATG, который похож на триплет мРНК AUG, 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 называют «смысловым».

Пример с двухцепочечной ДНК [ править ]

Нить ДНК 1: антисмысловая цепь (транскрибируется) → цепь РНК (смысловая)
Нить ДНК 2: смысловая цепь

Некоторые области внутри двухцепочечной молекулы ДНК кодируют гены , 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). Также говорят, 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 (матричная / некодирующая)Используется как шаблон для транскрипции.
5′GCGATATCGCAAA 3 ′Смысловая цепь ДНК (не шаблонная / кодирующая)Дополняет прядь шаблона.
5′GCGAUAUCGCAAA 3 ′смысловой транскрипт мРНКНить РНК, которая транскрибируется с некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи. Примечание 1. 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 мРНКНить 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 направлениивы пишете последовательность, которая содержит информацию о белках («смысловую» информацию), а не то, какая цепь 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 от 5 'к 3' (5 '→ 3'), тогда как «Нить Крика»относится к нижней цепи от 5'-к-3 '(3' ← 5 ').[4] 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-й открытой рамке считывания (ORF) от центромеры левой руки ( L) хромосомы дрожжей (Y) с номером V (E), и что цепь, кодирующая экспрессию, представляет собой цепь Ватсона (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 «Плюсовая» цепь.

Ambisense [ править ]

Одноцепочечный геном, который используется как в положительном, так и в отрицательном смысле, называется амбисенсом . 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.

Антисмысловая РНК [ править ]

Основная статья: Антисмысловая РНК

Последовательность РНК, которая комплементарна транскрипту эндогенной мРНК, иногда называют « 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 производить антисмысловые молекулы РНК, называемые микроРНК , которые взаимодействуют с комплементарными молекулами мРНК и подавляют их экспрессию . Эта концепция также использовалась как метод молекулярной биологии путем искусственного введения трансгена.кодирование антисмысловой РНК для блокирования экспрессии 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 Соединенных Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило фосфоротиоатные антисмысловые олигонуклеотиды фомивирсен (Витравен) [5] и мипомерсен (Кинамро) [6] для терапевтического использования на людях.

Смысл РНК в вирусах [ править ]

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-цепь». В большинстве случаев термины «смысл» и «нить» используются взаимозаменяемо, делая такие термины, как «положительная цепь» эквивалентными «положительному значению», и «положительная цепь», эквивалентными «положительному чувству». Независимо от того, является ли вирусный геном положительным или отрицательным, можно использовать в качестве основы для классификации вирусов.

Позитивный смысл [ править ]

Основная статья: Одноцепочечный РНК-вирус с положительным смыслом

Положительно чувство ( 5 ' -До- 3' ) вирусных РНК означает , что конкретная последовательность вирусной РНК может быть непосредственно переведены 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. Из-за этого этим вирусам не нужно упаковывать РНК-полимеразу в вирион.- РНК-полимераза будет одним из первых белков, продуцируемых клеткой-хозяином, поскольку она необходима для репликации генома вируса.

Отрицательный смысл [ править ]

Основная статья: одноцепочечный РНК-вирус с отрицательным смыслом

Вирусная РНК с отрицательным смыслом (3'-к-5 ') комплементарна вирусной мРНК, таким образом, РНК-зависимая РНК-полимераза должна продуцировать из нее РНК-зависимую РНК-полимеразу 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.

Антисмысловые олигонуклеотиды [ править ]

Молчание генов может быть достигнуто путем введения в клетки короткого «антисмыслового олигонуклеотида», комплементарного РНК-мишени. Этот эксперимент был впервые проведен Замечником и Стивенсоном в 1978 году [7] и продолжает оставаться полезным подходом как для лабораторных экспериментов, так и, возможно, для клинического применения ( антисмысловая терапия ). [8] Некоторые вирусы, такие как вирусы гриппа [9] [10] [11] [12] Респираторно-синцитиальный вирус (RSV) [9] и коронавирус SARS (SARS-CoV), [9] были нацелены на использование антисмысловых олигонуклеотидов для подавляют их репликацию 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 разрушения целевой РНК. Это делает механизм сайленсинга генов каталитическим. Двухцепочечная РНК может также действовать как каталитический фермент-зависимый антисмысловой агент через путь РНКи / миРНК , включая распознавание целевой мРНК посредством спаривания смысловой и антисмысловой цепей с последующей деградацией целевой мРНК с помощью РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC). Система hok / sok плазмиды R1 представляет собой еще один пример фермент-зависимого процесса антисмысловой регуляции посредством ферментативной деградации образующегося 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 олигомеры морфолино .

См. Также [ править ]

  • Антисмысловая терапия
  • Направленность (молекулярная биология)
  • Таблица кодонов ДНК
  • РНК-вирус
  • Транскрипция
  • Перевод
  • Вирусная репликация

Ссылки [ править ]

  1. ^ Anne-Lise Haenni (2003). «Стратегии экспрессии амбисенс-вирусов». Вирусные исследования . 93 (2): 141–150. DOI : 10.1016 / S0168-1702 (03) 00094-7 . PMID  12782362 .
  2. ^ Какутани Т; Hayano Y; Хаяси Т; Минобе Ю. (1991). «Сегмент Ambisense 3 вируса рисовых полосок: первый экземпляр вируса, содержащий два сегмента ambisense» . J Gen Virol . 72 (2): 465–8. DOI : 10.1099 / 0022-1317-72-2-465 . PMID 1993885 . 
  3. ^ Чжу Y; Hayakawa T; Toriyama S; Такахаши М. (1991). «Полная нуклеотидная последовательность РНК 3 вируса рисовых полосок: стратегия амбисенсного кодирования» . J Gen Virol . 72 (4): 763–7. DOI : 10.1099 / 0022-1317-72-4-763 . PMID 2016591 . 
  4. ^ Картрайт, Рид; Дэн Граур (8 февраля 2011 г.). «Множественные личности Уотсона и Крика нити» . Биология Директ . 6 : 7. DOI : 10.1186 / 1745-6150-6-7 . PMC 3055211 . PMID 21303550 .  
  5. ^ «FDA одобряет фомивирсен для цитомегаловируса» . healio . 1 октября 1998 . Проверено 18 сентября 2020 .
  6. ^ «FDA одобряет орфанные препараты для лечения наследственного холестеринового расстройства» . Темы наркотиков . 30 января 2013 . Проверено 18 сентября 2020 .
  7. ^ Замечник, ПК; Стивенсон, ML (1978). «Ингибирование репликации вируса саркомы Рауса и трансформации клеток с помощью специфического олигодезоксинуклеотида» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 75 (1): 280–284. Bibcode : 1978PNAS ... 75..280Z . DOI : 10.1073 / pnas.75.1.280 . PMC 411230 . PMID 75545 .  
  8. ^ Уоттс, JK; Кори, Д.Р. (2012). «Замалчивание генов болезней в лаборатории и в клинике» . J. Pathol . 226 (2): 365–379. DOI : 10.1002 / path.2993 . PMC 3916955 . PMID 22069063 .  
  9. ^ a b c Кумар, Бинод; Кханна, Мадху; Meseko, Clement A .; Саникас, Мелвин; Кумар, Прашант; Аша, Кумари; Аша, Кумари; Кумар, Прашант; Саникас, Мелвин (январь 2019). «Достижения в терапии на основе нуклеиновых кислот против респираторных вирусных инфекций» . Журнал клинической медицины . 8 (1): 6. DOI : 10,3390 / jcm8010006 . PMC 6351902 . PMID 30577479 .  
  10. ^ Кумар, Бинод; Аша, Кумари; Кханна, Мадху; Ронсар, Ларанс; Месеко, Клемент Адебахо; Саникас, Мелвин (10.01.2018). «Возникающая угроза вируса гриппа: состояние и новые перспективы лечения и контроля» . Архив вирусологии . 163 (4): 831–844. DOI : 10.1007 / s00705-018-3708-у . ISSN 0304-8608 . PMC 7087104 . PMID 29322273 .   
  11. ^ Кумар, Прашант; Кумар, Бинод; Раджпут, Рупали; Саксена, Латика; Banerjea, Akhil C .; Кханна, Мадху (2013-06-02). «Перекрестный защитный эффект антисмыслового олигонуклеотида, разработанного против общего 3'-NCR генома вируса гриппа A». Молекулярная биотехнология . 55 (3): 203–211. DOI : 10.1007 / s12033-013-9670-8 . ISSN 1073-6085 . PMID 23729285 .  
  12. ^ Кумар, Б .; Кханна, Мадху; Kumar, P .; Суд, В .; Вяс, Р .; Banerjea, AC (09.07.2011). «Опосредованное нуклеиновой кислотой расщепление гена M1 вируса гриппа A значительно усиливается антисмысловыми молекулами, нацеленными на гибридизацию вблизи сайта расщепления». Молекулярная биотехнология . 51 (1): 27–36. DOI : 10.1007 / s12033-011-9437-Z . ISSN 1073-6085 . PMID 21744034 .