R-petlja
R-petlja je trolančana struktura nukleinske kiseline, sastavljena od DNK:RNK hibrida i pridružene jednolančane DNK bez šablona. R-petlje se mogu formirati u različitim okolnostima i mogu ih tolerisati ili očistiti ćelijske komponente. Termin "R-petlja" je dat da odražava sličnost ovih struktura sa D-petljama; "R" u ovom slučaju predstavlja učešće RNK ostatka.
U laboratoriji, R-petlje se također mogu stvoriti hibridizacijama zrele iRNK sa dvolančanom DNK pod uslovima koji pogoduju formiranju hibrida DNK-RNK; u ovom slučaju, intronski regioni (koji su prerađeni iz iRNK) formiraju jednolančane DNK petlje, jer se ne mogu hibridizirati sa komplementarnom sekvencom u iRNK.
Historija
R-petlja je prvi put opisana 1976.[1] U nezavisnim laboratorijskim studijama R-petlje, Richard J. Roberts i Phillip A. Sharp pokazali su da protein koji kodira adenovirusni gen sadrži sekvence DNK koje su bile nije prisutan u zreloj iRNK.[2][3] Roberts i Sharp su 1993. dobili Nobelovu nagradu za samostalno otkrivanje introna. Nakon njihovog otkrića u adenovirusu, introni su pronađeni u brojnim eukariotskim genima, kao što je eukariotski ovalbuminski gen (prvo u laboratoriji O'Malley, a zatim potvrđeno kod drugih grupa),[4][5] heksonskom DNK,[2] i vanhromosomskim rRNK genima Tetrahymena thermophila.[6]
Sredinom 1980-ih, razvoj antitijela koje se specifično vezuje za strukturu R-petlje otvorio je vrata za imunofluorescencijske studije, kao i karakterizaciju formiranja R-petlje u cijelom genomu pomoću DRIP-seq.[7]
Mapiranje R-petlje
Mapiranje R-petlje je laboratorijska tehnika koja se koristi za razlikovanje introna od egzona u dvolančanoj DNK.[8] Ove R-petlje se vizualiziraju pomoću elektronske mikroskopije i otkrivaju intronske regije DNK, stvaranjem nevezanih petlji u tim regijama.[9]
R-petlje in vivo
Potencijal da R-petlje služe kao prajmeri za replikaciju je demonstriran u 1980.[10] U 1994. pokazano je da su R-petlje prisutne in vivo, analizom plazmida izolovanih iz E. coli mutanata koji nose mutacije u topoizomersazi.[11] Ovo otkriće endogene R-petlje, u sprezi sa brzim napretkom u tehnologijama genetičkog sekvenciranja, inspirisalo je procvat istraživanja R-petlje početkom 2000-ih koje se nastavlja do danas.
Regulacija formiranja R-petlje i rezolucije
RNaseH enzimi su primarni proteini odgovorni za otapanje R-petlji, djelujući tako da razgrađuju dio RNK. kako bi omogućili dva komplementarna lanca DNK da se udvostruče.[12] Istraživanja u protekloj deceniji identifikovala su više od 50 proteina za koje se čini da utiču na akumulaciju R-petlje, i dok se vjeruje da mnogi od njih doprinose sekvestriranju ili obrađivanju novotranskribovane RNK kako bi se spriječilo ponovno spajanje na šablonu, a ostaja da se utvrde mehanizmi R-petlje interakcija za mnoge od ovih proteina.[13]
Uloga R-petlji u genetičkoj regulaciji
Formiranje R-petlje je ključni korak u promjeni klase imunoglobulina, procesu koji omogućava aktiviranim B-ćelija mada moduliraju proizvodnju antitijela.[14] Čini se da također imaju ulogu u zaštiti nekih aktivnih promotora od metilacija.[15] Prisustvo R-petlji također može inhibirati transkripciju.[16] Osim toga, čini se da je formiranje R-petlje povezano s "otvorenim" hromatinom, karakterističnim za aktivno transkribovane regije.[17][18]
R-petlje kao genetička oštećenja
Kada se formiraju neplanirane R-petlje, mogu uzrokovati štetu nizom različitih mehanizama.[19] Izložena jednolančana DNK može biti napadnuta endogenim mutagenima, uključujući enzime koji modifikuju DNK, kao što je aktivacijski izazvana citidin deaminaza, i može blokirati replikacijske viljuške da izazovu kolaps viljuške i naknadne prekide dvostrukih lanaca.[20] Također, R-petlje mogu izazvati neplaniranu replikaciju djelujući kao prajmeri.[10]
Akumulacija R-petlje je povezana sa brojnim bolestima, uključujući amiotrofnu lateralnu sklerozu tip 4 (ALS4), okulomotornu ataksiju, apraksija tip 2 (AOA2), Aicardi-Goutièresov sindrom, Angelmanov sindrom, Prader-Willijev sindrom i rak.
R-petlje, introni i oštećenje DNK
Introni su nekodirajuće regije unutar gena koje se transkribiraju zajedno sa kodirajućim regijama gena, ali su naknadno uklonjene iz primarnog transkripta RNK preradom RNK. Aktivno transkribovani regioni DNK često formiraju R-petlje koje su podložne oštećenju DNK. Introni smanjuju formiranje R-petlje i oštećenje DNK u visoko eksprimiranim genima kvasaca.[21] Analiza širom genoma pokazala je da geni koji sadrže introne pokazuju smanjene nivoe R-petlji i smanjeno oštećenje DNK u poređenju sa genima bez introna slične ekspresije i kod kvasca i kod ljudi.[21] Umetanje introna unutar R petlje skloni gen može također potisnuti formiranje R-petlje i rekombinaciju. Bonnet et al. (2017)[21] spekulišu da funkcija introna u održavanju genetičke stabilnosti može objasniti njihovo evolucijsko održavanje na određenim lokacijama, posebno u visoko eksprimiranim genima.
Također pogledajte
- DRIP-seq
- Ribonukleaza H
- Promjena klase imunoglobulina
- Replikacija DNK