Ақпарат

Вирустық және нативті РНҚ арасындағы айырмашылық

Вирустық және нативті РНҚ арасындағы айырмашылық


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Мен микробиология бойынша білімі жоқ деректер ғалымымын. Осы сұрақтарға жауап беру үшін білмегенімді кешіресіз деп үміттенемін. Жақында COVID-19-ның назары мені ойландырды: вирустық РНҚ мен белгілі бір жасушаға тән РНҚ арасындағы негізгі айырмашылық неде?

Менің айтайын дегенім, мектепте вирустар өздерінің генетикалық материалдарын білдіру үшін жасушаның ақуыз өндіру қондырғыларын басып алады деп жиі айтады. Жасуша вирустық ақуыздың көп мөлшерін шығарады, ол ақырында лизиске ұшырайды (мысалы). Бірақ жасушаның вирустық ақуыздардың көп мөлшерін өндіруіне не себеп болды? Жасуша жасушаның өз ДНҚ-сынан тым көп белоктарды қалай жасамайды?

Менің ойымша, бұл жауап вирустық РНҚ үшін гендік реттеудің болмауына байланысты. Бірақ жасушаға тән әрбір ген қандай да бір реттеуге бағынады ма? Егер солай болса, вирустардың нақты қауіптілігі олардың қандай да бір реттелуінің болмауы ма? Сонда бұл анықтау өте оңай нәрсе сияқты - кем дегенде теориялық тұрғыдан. Басқаша айтқанда, жасуша немесе ғалым РНҚ тізбегін қауіпті деп белгілей алады, себебі ол вирустан шыққанына қарамастан, реттелмейді.

Екінші сұрақ, бізге вирустық ақуыздар кездейсоқ түрде вирустық РНҚ көшірмелерін өздігінен жинап, қаптайды деп айтады. Бұл мүмкін емес сияқты емес пе? Вирустың құрамдас бөліктері шынымен де жасушада барлық қажетті құрамдас бөліктерді қоса алғанда, уақыттың айтарлықтай бөлігінде вирус өздігінен жиналатыны сонша ма? Менің ойымша, бұл орын алуы үшін вирустың РНҚ-сын көп рет көшіру керек, сондықтан ол көп қол жетімді болады. Содан кейін ол жоғарыдағы сұраққа қайта оралады. Вирустық РНҚ шексіз көшірілетіндігімен ерекше ме?


Вирустық РНҚ мен жергілікті жасушалық РНҚ арасында олардағы РНҚ негіздерінің реттілігінен басқа ешқандай түбегейлі айырмашылық жоқ. РНҚ-да реттілік айырмашылықтары биохимиялық түрде көрінбейді, тек РНҚ-дан түзілетін ақуыз өнімдерінде.

Нақты РНҚ-ның реттелуі әртүрлі жолдармен жүзеге асырылады (жасушада ештеңе жоқ жобаланған; барлығы осы жағдай үшін, сондықтан кез келген кездейсоқ оқиға орнықты болуы мүмкін). Жергілікті реттеу өте маңызды, әйтпесе қашып кеткен өндіріс жасуша өліміне немесе қатерлі ісікке әкеледі.

Нақты реттеудің көп бөлігі болмаса да, ДНҚ-ның РНҚ-ға транскрипциясын реттеу арқылы жүзеге асырылады. РНҚ цитозольде болғаннан кейін, одан әрі реттеу аздап орындалады, сондықтан цитозолдағы вирустық РНҚ жасушалық ақуыз фабрикасының жұмысына ие. Бірақ, кем дегенде, кейбір вирустар олардың РНҚ-сы ақуыздық аппаратты пайдалану үшін жергілікті мРНҚ-дан бәсекелесуге көмектесетін қосымша артықшылықтарға ие болды (мысалы, РНҚ вирустары арқылы трансляциялық аппаратты ұрлауды қараңыз)

Сонымен, «РНҚ тізбегін жай ғана реттелмегендіктен қауіпті деп белгілеу» оңай емес, өйткені цитозолдағы қалыпты РНҚ-ның кең ауқымы олардың «реттелмейтінін» анықтауға негіз бола алмайды, ал жасуша оны жасай алмайды. осылай қорғалады.

Өздігінен құрастыру қалыпты жасушалық функцияларда, сондай-ақ вирустық өндірісте кеңінен таралған. Қатысқан молекулалардың жұбайы молекулалары үшін ұзақ уақытқа созылған тартымды нүктелері бар және жасушаның молекулярлық сорпасында молекулалар көп ұзамай бір-біріне соғылып, бірігуі мүмкін. Вирустың бақыланбайтын өндірісінің арқасында жаңа вирустық бөлшектерде осы жинақ үшін қол жетімді көптеген құрамдас молекулалар бар.


(Егер екі жауапты жариялап жатырмын деп ойласаңыз, бұл q-пост бір сұраққа екі сұрақ қойғандықтан.)

Вирустың өздігінен жиналуы мәселесіне келетін болсақ ... оны зерттеу өте қиын мәселе болды. Бұл туралы жақында (2019) PNAS қағазы бар:

Бірнеше ондаған жылдар бойы жүргізілген зерттеулерге қарамастан, капсидтердің өздігінен жиналуы құпия болып қала берді, өйткені жеке капсидтердің құрастыру кинетикасын өлшеу әдістері болмады. Біз бұл кедергіден лазерлік интерферометрияға негізделген сезімтал микроскопиялық әдісті қолданамыз. Өлшемдер көрсеткендей, капсид жинақталғанға дейін вирустық РНҚ-да белоктардың кішкене ядросы түзілуі керек.

Өлшемге шолу. (A) MS2 капсидінің құрылымдық үлгісі (PDB ID: 2ms2) оның шағын өлшемін және T=3 құрылымын көрсетеді. 2 қабық-белок димер конфигурациялары сұр және күлгін түстермен көрсетілген. (B) Біз MS2 РНҚ тізбегі ДНҚ байланыстарымен байланған қаптаманың үстіне құрастырылмаған димерлердің ерітіндісін енгіземіз. Димерлер РНҚ-мен байланысқан кезде пайда болған бөлшектер жарықты шашыратады. Бөлшектер шашыраңқы жарық пен анықтамалық сәуле арасындағы деструктивті кедергіге байланысты күңгірт, дифракциясы шектелген дақтар ретінде пайда болады. (C) Біз көптеген осындай нүктелерді қатар бақылаймыз. 2 мкм димерлерді қосқаннан кейін 126 секундта түсірілген және секундына 1000 кадрмен түсірілген орташа 1000 кадрды білдіретін көру өрісінің әдеттегі кескіні көрсетілген. (D) Әрбір нүктенің интенсивтілігі әрбір бөлшектің ішіндегі байланысқан белоктардың санына пропорционал және уақыт функциясы ретінде қарқындылықтың өзгеруі әрбір бөлшектің құрастыру кинетикасын ашады. Дақ неғұрлым қараңғы болса, оның қарқындылығы соғұрлым үлкен болады. (D, жоғарғы) C тіліндегі қораптағы нүктеге арналған кескіндердің уақыт қатары. (D, төменгі) 1000-кадрлық орташа мәнді пайдаланып, сол нүктеге арналған қарқындылық ізі. Біз байланысқан белоктардың қарқындылығы мен саны арасындағы байланысты, сондай-ақ нүкте қарқындылығын қалай есептейтінімізді Материалдар мен әдістерде және SI қосымшасында талқылаймыз.

Кейбір бейнелер қосымшада жарияланған.

Және байқалған динамика туралы тағы біраз:

Біз «өсу уақыты», яғни бөлшек ядродан кейін толық капсид өлшеміне жету үшін қажетті уақыт бөлшектен бөлшекке дейін өзгеретінін, 30-дан 200 секундқа дейін өзгеретінін анықтаймыз (2А-сурет және SI қосымшасы, сур. S1). Толық капсидке айналатын бөлшектердің кейбіреулері тұрақты жылдамдықпен өседі, басқалары аяқталуға жақындаған кезде баяулайды, ал басқаларында 25 секундқа дейін созылатын аралық үзілістер болады (2А-сурет және SI қосымшасы, S1-сурет). Осы айырмашылықтарға қарамастан, негізінен барлық іздер монотонды болып табылады, бөлшектеу қадамдары аз немесе мүлде байқалмайды.

Иә, бір қызығы, вирус капсиді өзін-өзі құрастырады және жасайды; тіпті егер ол «түскі үзіліс» алса да, бұл құрылыс прогресін айтарлықтай өзгерту проблемасы емес.

Бұл өзін-өзі құрастыру процесінің сәтсіздік режимдері шын мәнінде «тым көп заттарды» құруға/тартуға немесе екі (немесе одан да көп) вирустық РНҚ-ның екеуі де (барлығы) тартатын жалпы ақуыз сынықтарымен шатасуымен байланысты. Негізінен құрылыс материалдарының тым көп тығыздығы проблемаларға әкелуі мүмкін ...

Протеин концентрациясының жоғарылауымен өсу уақыты да азаяды, бірақ нуклеация уақытына қарағанда жылдамырақ (4А-сурет) [төменде]. Осылайша, біз төмен ақуыз концентрациясында нуклеацияға ықпал ететін РНҚ 4В-суретте көрсетілгендей жоғары концентрацияда өсіп кеткен құрылымдарға әкелуі мүмкін нуклеация мен өсу арасында бәсекелестік тудырады деген қорытындыға келдік. Бұл жол басқа РНҚ вирустарымен байқалатын «құбыжық» (5) және «көптік» (19) құрылымдардың ықтимал түсіндірмесін береді.


Мен көбінесе mgkrebbs (+1) пікірімен келісемін, бірақ вирустарда оларға көмектесетін РНҚ репликазасының қосалқы бірлігі (RdRP) болса да, вироидтарда олар мүлдем жоқ, бірақ көбеюге қабілетті екенін ескеріңіз:

РНҚ вирустары вирустық РНҚ тізбектерінің инициациясын және ұзаруын катализдейтін ферменттік кешеннің (РНҚ репликазасы) суббірліктерін кодтайтынымен, вироидтар бұл репликация сатысында бұрыннан бар хост РНҚ полимеразаларына сенуі керек. Негізінде, ең жақсы кандидаттар өсімдіктерде бар екендігі бұрыннан белгілі болған РНҚ-тәуелді РНҚ-полимеразалар болар еді. Дегенмен, вироидтар бұл ферменттерді олардың репликациясы үшін пайдаланбайды, бірақ ДНҚ-ға тәуелді РНҚ полимеразалары РНҚ үлгілерін қабылдауға қайта бағытталады.

Адамдардағы вироидқа ең жақын нәрсе - бұл D гепатиті. Өткен жылға дейін бұл негізінен адам ауруы деп есептелді, бірақ 2019 жылы жүргізілген сауалнамада HepD аналогтары омыртқасыздарда, балықтарда, жыландарда және т.б.

Вирустар репликацияға қатысты вироидтерге қарағанда «әлдеқайда жағымсыз».

Оң тізбекті РНҚ вирустары вирустық кодталған РНҚ-тәуелді РНҚ полимеразаларды (RdRPs) қолдану арқылы репликацияланады, олар қожайын жасушаларында жоқ тікелей РНҚ-РНҚ репликация функциясын қамтамасыз етеді.

Жақында жүргізілген кейбір зерттеулер RdRP көптеген жануарлар топтарында дербес жоғалғанын болжайды. Бір қызығы, осы (бұрынғы) қожайын RdRP рөлдері РНҚ дыбысын өшіру арқылы вирусқа қарсы механизмді қамтамасыз етуі мүмкін (толық ақпарат алу үшін төменде [бөлімді] қараңыз), бірақ эволюция оны шығарудың балама хост механизмдерін қамтамасыз етті.

Бағдарламалық жасақтамадағы вирустық RdRP-тің [өзегін] тану мүмкін болғанымен, олардың айтарлықтай өзгеруіне байланысты, менің білуімше, мұны жалпы антивирустық стратегияға қалай аудару керек екені белгісіз/белгісіз. (Жалпы, кейбір вирустың ингибиторлық препараттарын скринингтен өткізу үшін RdRP кодтайтын генетикалық тізбекті білу жеткіліксіз; қосымша осы вирусқа арналған RdRP кешенінің кристалдық құрылымын білу қажет.)


Егер сіз «жасуша ішілік» (яғни РНҚ негізіндегі) вирусқа қарсы қорғанысқа қызығушылық танытсаңыз ... мұндай механизмдер бар, бірақ РНҚ дыбысын өшіруге негізделген айтарлықтай күрделірек (сіз ұсынатындай):

Эукариоттық РНҚ негізіндегі вирусқа қарсы иммунитетте вирустық қос тізбекті РНҚ патогенмен байланысты молекулалық үлгі ретінде танылады және иесі рибонуклеаза Дисер арқылы кіші интерференциялық РНҚ-ға (siRNAs) өңделеді. Кейбір жағдайларда қожайын РНҚ-тәуелді РНҚ полимеразалары арқылы күшейтілгеннен кейін, вирустан алынған бұл siRNA-лар РНҚ кедергісі және байланысты РНҚ дыбысын өшіретін эффекторлық механизмдер арқылы арнайы вирусқа қарсы иммунитетті бағыттайды.

Drosophila melanogaster-де отар үйі вирусы сияқты оң тізбекті РНҚ вирустарының инфекциясы арқылы туындаған РНҚ негізіндегі вирусқа қарсы иммунитеттің негізгі қадамдары. Отар үйі вирусының (FHV) вириондарының енуінен және жабынынан кейін геномдық оң тізбекті РНҚ ((+) РНҚ) вирустық РНҚ-тәуелді РНҚ полимеразасының (RdRP) трансляциясы үшін иРНҚ ретінде де, сонымен қатар вирустың синтезі үшін үлгі ретінде де қызмет етеді. антигеномдық теріс тізбекті РНҚ ((-)РНҚ). Вирустық RdRP арқылы (+)РНҚ-ның артықшылықты өндірісі төмен мол (-)РНҚ-ның 3′ ұшынан РНҚ синтезін бастаудың бірнеше раундтары арқылы қол жеткізіледі. 5′-терминалды туып келе жатқан ұрпақ (+)РНҚ мен (-)РНҚ үлгісі арасында пайда болған қос тізбекті РНҚ (dsRNA) Dicer 2 (DCR2) арқылы танып, кішкене кедергі жасайтын РНҚ-ларға (siRNA) бөлінеді, осылайша РНҚ-ны іске қосады. вирусқа қарсы иммунитетке негізделген. Вирустық siRNAs Argonaute 2 (AGO2) көмегімен РНҚ-индукцияланған үнсіздендіру кешеніне (RISC) жиналады, HEN1 арқылы 3′ ұшында (қара шеңбермен бейнеленген) метилденеді және FHV РНҚ-ның арнайы клиренсін бағыттау үшін пайдаланылады. Қарсы қорғаныс ретінде FHV осы иммундық жолдағы екі қадамға бағытталған В2 протеині РНҚ дыбысын өшірудің вирустық супрессорын кодтайды: вирустық RdRP және вирустық dsRNA прекурсорымен байланысу арқылы вирустық siRNA өндірісін тежеу ​​және вирустық siRNA-лардың секвестрленуі. байланыстырушы дуплексті siRNAs. Loqs-PD, loquacious-izoform PD.

Және иә, вирустардың RdRP (өздігінен көшіретін машинаның ең маңызды бөлігі) маңызды дәрілік мақсат болып табылады, мысалы.

CoV көп суббірлік репликация/транскрипция механизмін пайдаланады. Вирустың репликациясын және транскрипциясын жеңілдету үшін ORF1a және ORF1ab вирустық полипротеиндерінің (5) ыдырау өнімдері ретінде өндірілген құрылымдық емес ақуыздардың (nsp) жиынтығы. Негізгі құрамдас, РНҚ-тәуелді РНҚ полимераза (RdRp, nsp12 деп те белгілі) вирустық РНҚ синтезін катализдейді және осылайша, nsp7 және nsp7 көмегімен COVID-19 вирусының репликациясы мен транскрипция циклінде орталық рөл атқарады. nsp8 ко-факторлар ретінде (6). Сондықтан Nsp12 нуклеотидті аналогты вирусқа қарсы ингибиторлар үшін негізгі мақсат болып саналады, мысалы, ремдесивир, ол COVID-19 вирустық инфекцияларын емдеудің әлеуетін көрсетеді (7, 8). […]

Тізбекті аяқтайтын нуклеотидтердің аналогтарының тиімділігі ингибиторлардың белсенді түрін өсіп келе жатқан РНҚ тізбегіне сәтті енгізу үшін вирустық RdRps-ті қажет етеді.

Сонымен, сіз ұсынғандай вирустарды анықтау/күресу оңай болмаса да, кейбір репликацияға бағытталған стратегиялар не «өз (RdRP) көшірме құрылғысын жалған бөліктермен кептелуді» (мысалы, remdesivir жасайды) немесе [үміттенемін] сонша «көшірмелерді» шығаруды қамтиды. мүмкіндігінше жоюшылар», бұл үшін РНҚ дыбысын өшіретін аппарат шын мәнінде вирус көшірмелерінің бөліктерін пайдаланады.


10(4) концентрация диапазонында вирустық, прокариоттық және эукариоттық РНҚ көмегімен РНҚ сандық анықтау әдістерін салыстыру және бағалау

РНҚ-ны сандық анықтау әртүрлі молекулярлық биология зерттеулері үшін өте маңызды. Бұл жұмыста сандық анықтаудың үш әдісі бағаланды: ультракүлгін (УК) жұту, микрокапиллярлық электрофорез (MCE) және флуоресценцияға негізделген сандық анықтау. Вирустық, бактериялық және эукариоттық РНҚ ND-1000 спектрофотометрі (УК), Agilent RNA 6000 жинақтары (MCE) және Quant-iT RiboGreen талдауы (флуоресценция) арқылы 500-ден 0,05-нг микрол(-1) диапазонында өлшенді. Әрбір әдістің дәлдігі мен дәлдігі бағаланды және индуктивті байланысқан плазмалық-оптикалық эмиссиялық спектроскопия (ICP-OES) көмегімен тәуелсіз алынған концентрациямен салыстырылды. Бағалау кезінде шығындар, оператордың уақыты мен шеберлігі, қажетті үлгі көлемі де ескерілді. Нәтижелер дәлдік пен дәлдікті оңтайландыру үшін әрбір сандық әдіс үшін тамаша концентрация диапазонын көрсетеді. ND-1000 спектрофотометрі жоғары дәлдікті көрсетеді және 500-ден 5 нг микрол(-1) диапазонында 1 микролдық үлгіні дәл анықтайды. Quant-iT RiboGreen талдауы 1-ден 0,05-нг микрол(-1) диапазонында жоғары дәлдікті көрсетеді, бірақ төмен РНҚ концентрацияларымен шектеледі және ND-1000 спектрофотометріне қарағанда қымбатырақ. Agilent жинақтары 500-ден 0,05 нг микрол(-1) диапазонында ND-1000 спектрофотометріне және Quant-iT RiboGreen талдауларына қарағанда дәлдігі азырақ. Дегенмен, Agilent жинақтары 1 микрол үлгіні қажет етеді және РНҚ тұтастығын анықтай алады, бұл оқшаулау процесінің сәтті болғанын тексеру үшін пайдалы мүмкіндік.


Вирустар популяциясы жасушалық бөліну арқылы өспейді, өйткені олар жасуша емес. Оның орнына олар өздерінің жаңа көшірмелерін жасау үшін қабылдаушы жасушаның механизмі мен метаболизмін пайдаланады. Ие жасушасын жұқтырғаннан кейін вирион репликация үшін жасушаның рибосомаларын, ферменттерін, ATP және басқа компоненттерін пайдаланады. Вирустар мұны істеу тәсілімен ерекшеленеді. Мысалға:

  • Кейбір РНҚ вирустары қабылдаушы жасушаның рибосомаларында тікелей вирустық ақуыздарға ауысады. Ие рибосомалары вирустық РНҚ-ны иесінің иРНҚ-сы сияқты өңдейді.
  • Кейбір ДНҚ вирустары алдымен иесінің жасушасында вирустық мРНҚ-ға транскрипцияланады. Содан кейін вирустық мРНҚ иесі жасуша рибосомалары арқылы вирустық ақуыздарға ауысады.

Кез келген жағдайда, жаңадан жасалған вирустық ақуыздар жаңа вириондарды қалыптастыру үшін жиналады. Содан кейін вириондар жасуша қабырғасын бұзатын ферменттің өндірісін басқара алады. Бұл вириондардың жасушадан шығуына мүмкіндік береді. Бұл процесте қабылдаушы жасуша жойылады. Жаңадан шыққан вирус бөлшектері иесінің басқа жасушаларын жұқтыруға еркін.

РНҚ вирустарының репликациясы

Ан РНҚ вирусы генетикалық материалы ретінде РНҚ бар вирус. Олардың нуклеин қышқылы әдетте бір тізбекті РНҚ, бірақ екі тізбекті РНҚ болуы мүмкін. Адамның маңызды патогенді РНҚ вирустарына ауыр жедел респираторлық синдром (SARS) вирусы, тұмау вирусы және гепатит С вирусы жатады. Жануарлардың РНҚ вирустарын репликация түріне байланысты әртүрлі топтарға бөлуге болады.

  • Кейбір РНҚ вирустарының геномы мРНҚ сияқты тікелей пайдаланылады. Вирус жұқтырғаннан кейін вирустық РНҚ тікелей жаңа вирустық ақуыздарға ауысады.
  • Кейбір РНҚ вирустары олардың РНҚ геномына вирустық мРНҚ қалыптастыру үшін хост жасушасына үлгі ретінде әрекет етуге мүмкіндік беретін ферменттерді тасымалдайды.
  • Ретровирустар репликациялау үшін ДНҚ аралық өнімдерін пайдаланыңыз. Кері транскриптаза, вирустың өзінен шыққан вирустық фермент вирустық РНҚ-ны ДНҚ-ның комплементарлы тізбегіне айналдырады, ол вирустық ДНҚ-ның қос тізбекті молекуласын жасау үшін көшіріледі. Содан кейін бұл вирустық ДНҚ транскрипцияланады және жаңа вириондардың түзілуін басқаратын хост аппараты арқылы аударылады. Қалыпты транскрипция ДНҚ-дан РНҚ синтезін қамтиды, сондықтан кері транскрипция кері осы процестің. Бұл молекулалық биологияның орталық догмасынан ерекшелік.

ДНҚ вирустарының репликациясы

А ДНҚ вирусы генетикалық материалы ретінде ДНҚ бар және ДНҚ-ға тәуелді ДНҚ-полимераза арқылы репликацияланатын вирус. Нуклеин қышқылы әдетте қос тізбекті ДНҚ, бірақ бір тізбекті ДНҚ болуы мүмкін. ДНҚ вирустарының ДНҚ-сы қабылдаушы жасуша арқылы мРНҚ-ға транскрипцияланады. Содан кейін вирустық мРНҚ вирустық ақуыздарға айналады. Содан кейін бұл вирустық ақуыздар жаңа вирустық бөлшектерді қалыптастыру үшін жиналады.

Кері транскрипциялаушы вирустар

А кері транскрипциялаушы вирус кері транскрипцияны, РНҚ үлгісінен ДНҚ түзуді пайдаланып репликацияланатын кез келген вирус. Кейбір кері транскрипцияланатын вирустардың геномдары бір тізбекті РНҚ-дан тұрады және репликация үшін ДНҚ аралық өнімін пайдаланады. Осы топтағы басқаларында қос тізбекті ДНҚ бар және геномның репликациясы кезінде РНҚ аралық өнімін пайдаланатын геномдары бар. ретровирустар, жоғарыда айтылғандай, АИТВ мүшесі болып табылатын осы топқа кіреді. Кейбір қос тізбекті ДНҚ вирустары кері транскриптаза көмегімен репликацияланады. В гепатиті вирусы осы вирустардың бірі болып табылады.

Бактериофагтар

Бактериофагтар бактерияларды зақымдайтын вирустар. Олар бактерия жасушасының беткі рецепторлық молекулаларымен байланысады, содан кейін олардың геномы жасушаға енеді. Протеин қабығы бактерияларға енбейді. Қысқа уақыт ішінде, кейбір жағдайларда, бірнеше минутта, бактериялық полимераза вирустық мРНҚ-ны ақуызға айналдыра бастайды. Бұл ақуыздар жасуша ішіндегі жаңа вириондарға, жаңа вириондардың жиналуына көмектесетін көмекші белоктарға немесе жасуша лизисіне қатысатын ақуыздарға айналады. Вирустық ферменттер жасуша мембранасының бұзылуына көмектеседі. Кейбір фагтармен, фаг бактерияны жұқтырғаннан кейін жиырма минуттан астам уақыт өткен соң, үш жүзден астам фагты жинап, иесінен шығаруға болады.


Мазмұны

Кітапхананы дайындау Өңдеу

Қосымша ДНҚ (cDNA) кітапханасын секвенирлеуге дайындаудың жалпы қадамдары төменде сипатталған, бірақ көбінесе платформалар арасында өзгереді. [8] [3] [9]

  1. РНҚ изоляциясы:РНҚ ұлпадан бөлініп, дезоксирибонуклеазамен (DNase) араласады. DNase геномдық ДНҚ мөлшерін азайтады. РНҚ деградациясының мөлшері гель және капиллярлық электрофорез арқылы тексеріледі және үлгіге РНҚ тұтастық нөмірін тағайындау үшін қолданылады. Бұл РНҚ сапасы мен бастапқы РНҚ-ның жалпы мөлшері келесі кітапхананы дайындау, секвенирлеу және талдау қадамдары кезінде ескеріледі.
  1. РНҚ таңдау/тазарту: Қызықтыратын сигналдарды талдау үшін оқшауланған РНҚ-ны сол күйінде сақтауға, 3' полиаденилденген (поли(А)) құйрықтары бар РНҚ үшін сүзуге, рибосомалық РНҚ (рРНҚ) таусылған және/немесе РНҚ үшін сүзуге болады. арнайы тізбектерді байланыстырады (РНҚ-ны таңдау және сарқылу әдістері кесте, төменде). 3' поли(А) құйрықтары бар РНҚ негізінен жетілген, өңделген, кодталатын тізбектерден тұрады. Поли(А) таңдау РНҚ-ны субстратқа ковалентті түрде бекітілген поли(Т) олигомерлерімен, әдетте магнитті моншақтармен араластыру арқылы орындалады. [10][11] Поли(A) таңдауы РНҚ биотипін анықтауда маңызды шектеулерге ие. Көптеген РНҚ биотиптері полиаденилденбеген, соның ішінде көптеген кодталмаған РНҚ және гистон-өзекті ақуыз транскрипттері немесе олардың поли(A) құйрық ұзындығы (мысалы, цитокиндер) арқылы реттеледі, сондықтан поли(А) таңдаудан кейін анықталмауы мүмкін. [12] Сонымен қатар, поли(A) таңдауы, әсіресе төмен сапалы РНҚ бар 3' бұрмалануын арттыруы мүмкін. [13][14] Бұл шектеулерді рибосомалық сарқылу арқылы болдырмауға болады, әдетте жасушадағы РНҚ-ның 90%-дан астамын құрайтын рРНҚ-ны алып тастайды. Поли(A) байыту және рибосомалық сарқылу қадамдарының екеуі де еңбекті қажет етеді және қиғаштықтарды тудыруы мүмкін, сондықтан бұл қадамдарды өткізіп жіберу үшін қарапайым әдістер әзірленді. [15] МиРНҚ сияқты кішігірім РНҚ нысандарын алып тастау гельдері, магниттік моншақтар немесе коммерциялық жинақтар арқылы өлшемді таңдау арқылы одан әрі оқшаулауға болады.
  1. кДНҚ синтезі: РНҚ кДНҚ-ға кері транскрипцияланады, себебі ДНҚ тұрақтырақ және күшейтуге (ДНҚ полимеразаларын пайдаланады) мүмкіндік береді және жетілген ДНҚ секвенирлеу технологиясын қолданады. Кері транскрипциядан кейінгі күшейту тізбекті жоғалтуға әкеледі, оны химиялық таңбалау немесе бір молекулалық реттілік арқылы болдырмауға болады. Фрагментация және өлшемді таңдау секвенирлеу машинасына сәйкес ұзындықтағы тізбектерді тазалау үшін орындалады. РНҚ, кДНҚ немесе екеуі де ферменттермен, ультрадыбыспен немесе небулайзерлермен фрагменттелген. РНҚ фрагментациясы кездейсоқ праймерленген-кері транскрипцияның 5' ығысуын және праймерді байланыстыру орындарының [11] әсерін азайтады, [11] 5' және 3' ұштары ДНҚ-ға тиімді емес түрленеді. Фрагментациядан кейін кішігірім реттіліктер жойылатын немесе реттілік ұзындықтарының қатаң диапазоны таңдалатын өлшемді таңдау жүреді. МиРНҚ сияқты шағын РНҚ жоғалғандықтан, олар тәуелсіз талданады. Әрбір эксперимент үшін cDNA гексамер немесе октамер штрих-кодпен индекстелуі мүмкін, осылайша бұл эксперименттер мультиплекстелген секвенирлеу үшін бір жолға біріктірілуі мүмкін.

Қосымша ДНҚ секвенциясы (cDNA-Seq) Өңдеу

РНҚ биотиптерінен алынған кДНҚ кітапханасы компьютер оқитын пішімге реттелген. Illumina, Thermo Fisher, BGI/MGI, PacBio және Oxford Nanopore Technologies әзірлеген платформаларды қоса, cDNA секвенциясы үшін көптеген жоғары өнімді секвенирлеу технологиялары бар. [16] Illumina қысқа оқылатын секвенирлеу үшін, cDNA секвенирлеуінің жалпы технологиясы, адаптерлер cDNA-ға байланады, ДНҚ ағындық ұяшыққа бекітіледі, кластерлер көпірді күшейту және денатурациялау циклдері арқылы жасалады және реттілік бойынша синтезделеді. комплементарлы тізбек синтезі және қайтымды терминаторлары бар негіздердің лазерлік қозу циклдарында орындалады. Тізбектеу платформасын таңдау және параметрлері эксперименталды дизайн мен құнына байланысты. Тәжірибелік жобалаудың жалпы мәселелеріне реттілік ұзындығын, реттілік тереңдігін, жалғыз және жұптастырылған секвенирлеуді пайдалануды, қайталаулар санын, мультиплекстеуді, рандомизацияны және спик-инді қолдануды қамтиды. [17]

Шағын РНҚ/кодталмаған РНҚ секвенциясы Өңдеу

мРНҚ-дан басқа РНҚ-ны секвенирлеу кезінде кітапханалық дайындық модификацияланады. Жасушалық РНҚ қажетті өлшем ауқымына қарай таңдалады. МиРНҚ сияқты шағын РНҚ нысандары үшін РНҚ өлшемді таңдау арқылы оқшауланады. Мұны өлшемді алып тастау гелі арқылы, өлшемді таңдау магниттік моншақтары арқылы немесе коммерциялық түрде әзірленген жинақпен орындауға болады. Оқшауланғаннан кейін байланыстырғыштар 3' және 5' ұшына қосылады, содан кейін тазартылады. Соңғы қадам - ​​кері транскрипция арқылы кДНҚ генерациясы.

Тікелей РНҚ реттілігі Өңдеу

РНҚ-ны кДНҚ-ға түрлендіру, байлау, күшейту және басқа үлгі манипуляциялары транскрипттердің дұрыс сипаттамасына да, сандық көрсеткіштеріне де кедергі келтіруі мүмкін ауытқулар мен артефакттарды енгізетіні көрсетілгендіктен, [18] бір молекулалық тікелей РНҚ секвенциясын Helicos қоса алғанда, компаниялар зерттеді. (банкрот), Oxford Nanopore Technologies, [19] және т.б. Бұл технология РНҚ молекулаларын жаппай параллельді түрде тікелей тізбектейді.

Бір молекулалы нақты уақыттағы РНҚ секвенциясы Өңдеу

Жаппай параллельді бір молекулалы тікелей РНҚ-кезегі дәстүрлі RNA-Seq-ке балама ретінде зерттелді, онда РНҚ-дан cDNA-ға түрлендіру, байлау, күшейту және басқа үлгілерді манипуляциялау қадамдары ауытқулар мен артефакттарды енгізуі мүмкін. [20] Бір молекулалы нақты уақыттағы RNA-Seq орындайтын технологиялық платформаларға Oxford Nanopore Technologies (ONT) Nanopore секвенциясы, [19] PacBio IsoSeq және Helicos (банкрот) кіреді. РНҚ-ны өзінің табиғи түрінде секвенирлеу метилдеу сияқты модификацияларды сақтайды, бұл оларды тікелей және бір уақытта зерттеуге мүмкіндік береді. [19] Бір молекулалы RNA-Seq тағы бір артықшылығы - қысқа оқылатын секвенирлеумен салыстырғанда транскрипттердің толық ұзындықта қамтылуы, бұл изоформаны анықтауға және сандық анықтауға сенімділікке мүмкіндік береді. Дәстүрлі түрде бір молекулалы RNA-Seq әдістері қысқа оқылатын секвенирлеумен салыстырғанда қателіктердің жоғарылауына ие, бірақ ONT тікелей RNA-Seq сияқты жаңа әдістер фрагментация мен кДНҚ конверсиясын болдырмау арқылы қателерді шектейді. Адам жасушасының популяцияларындағы дифференциалды экспрессия үшін ONT тікелей RNA-Seq-тің соңғы қолданылуы бұл технологияның қысқа және ұзақ cDNA секвенциясының көптеген шектеулерін жеңе алатынын көрсетті. [21]

Бір жасушалық РНҚ секвенциясы (scRNA-Seq) Өңдеу

Микромассив және стандартты көлемді RNA-Seq талдау сияқты стандартты әдістер жасушалардың үлкен популяцияларынан РНҚ экспрессиясын талдайды. Аралас жасуша популяцияларында бұл өлшемдер осы популяциялардағы жеке жасушалар арасындағы маңызды айырмашылықтарды жасыруы мүмкін. [22] [23]

Бір жасушалық РНҚ секвенциясы (scRNA-Seq) жеке жасушалардың экспрессиялық профильдерін қамтамасыз етеді. Әрбір жасушамен экспрессияланған әрбір РНҚ туралы толық ақпарат алу мүмкін болмаса да, қол жетімді материалдың аз мөлшеріне байланысты гендердің экспрессия үлгілерін гендік кластерлік талдаулар арқылы анықтауға болады. Бұл жасуша популяциясында бұрын-соңды болмаған сирек жасуша түрлерінің болуын аша алады. Мысалы, 2018 жылы өкпенің тыныс жолдарының эпителиясында scRNA-Seq жүргізетін екі топ муковисцидоздың трансмембраналық өткізгіштігін реттейтін өкпе ионоциттері деп аталатын өкпедегі сирек мамандандырылған жасушаларды анықтады. [24] [25]

Эксперименттік процедуралар Өңдеу

Ағымдағы scRNA-Seq протоколдары келесі қадамдарды қамтиды: бір жасуша мен РНҚ оқшаулау, кері транскрипция (RT), күшейту, кітапхананы құру және секвенирлеу. Жалғыз ұяшықтар механикалық түрде шағын түтіктерге бөлінеді (мысалы, BD Rhapsody, Takara ICELL8, Vycap Puncher Platform немесе CellMicrosystems CellRaft) немесе тамшыларға инкапсулирленген (мысалы, 10x Genomics Chromium, Illumina Bio-Rad ddSEQio, InDSEQio). [26] Бір ұяшықтар штрих-кодталған олигонуклеотидтері бар моншақтарды қосу арқылы белгіленеді, жасушалар да, моншақтар да шектеулі мөлшерде жеткізіледі, сондықтан бірнеше жасушалар мен моншақтармен бірге тұру өте сирек кездесетін оқиға. Кері транскрипция аяқталғаннан кейін, әр ұяшықтың бірегей штрих-коды арқылы белгілі бір ұяшықтан алынған транскрипттерді секвенирлеу үшін көптеген жасушалардың cDNA-ларын араластыруға болады. [27] [28] Бірегей молекулалық идентификаторды (UMI) кітапхананы дайындау кезінде артефактілерді анықтауға көмектесу үшін mRNA/cDNA мақсатты тізбектеріне қосуға болады. [29]

scRNA-Seq үшін қиындықтарға жасушадағы мРНҚ-ның бастапқы салыстырмалы көптігін сақтау және сирек кездесетін транскрипттерді анықтау кіреді. [30] Кері транскрипция қадамы өте маңызды, өйткені RT реакциясының тиімділігі секвенсер ақырында жасушаның РНҚ популяциясының қанша бөлігін талдайтынын анықтайды. Кері транскриптазалардың өңделуі және қолданылатын бастапқы стратегиялар толық ұзындықтағы cDNA өндірісіне және гендердің 3' немесе 5' соңына қарай бағытталған кітапханалардың генерациясына әсер етуі мүмкін.

Күшейту сатысында қазіргі уақытта cDNA күшейту үшін ПТР немесе in vitro транскрипциясы (IVT) пайдаланылады. ПТР негізіндегі әдістердің артықшылықтарының бірі толық ұзындықтағы кДНҚ құру мүмкіндігі болып табылады. Дегенмен, белгілі бір реттіліктердегі әртүрлі ПТР тиімділігі (мысалы, GC мазмұны және snapback құрылымы) біркелкі емес қамтуы бар кітапханаларды шығара отырып, экспоненциалды түрде күшейтілуі мүмкін. Екінші жағынан, IVT арқылы жасалған кітапханалар ПТР-индукцияланған дәйектіліктің ауытқуын болдырмаса да, белгілі бір реттіліктер тиімсіз транскрипциялануы мүмкін, осылайша дәйектіліктің жойылуына немесе толық емес тізбектердің генерациялануына әкеледі. [31] [22] Бірнеше scRNA-Seq протоколдары жарияланды: Tang және т.б., [32] STRT, [33] SMART-seq, [34] CEL-seq, [35] RAGE-seq, [36] Quartz -кезегі [37] және C1-CAGE. [38] Бұл хаттамалар кері транскрипция, cDNA синтезі және күшейту стратегиялары және реттілікке тән штрих-кодтарды (яғни UMI) орналастыру мүмкіндігі немесе біріктірілген үлгілерді өңдеу мүмкіндігі бойынша ерекшеленеді. [39]

2017 жылы REAP-seq, [40] және CITE-seq деп аталатын олигонуклеотидпен таңбаланған антиденелер арқылы бір жасушалы мРНҚ мен ақуыз экспрессиясын бір уақытта өлшеудің екі әдісі енгізілді. [41]

Қолданбаларды өңдеу

scRNA-Seq даму, неврология, [42] онкология, [43] [44] [45] аутоиммундық ауру, [46] және жұқпалы ауруларды қоса алғанда, биологиялық пәндерде кеңінен қолданылуда. [47]

scRNA-Seq эмбриондар мен ағзалардың, соның ішінде құрттың дамуы туралы айтарлықтай түсінік берді. Caenorhabditis elegans, [48] және регенеративті планарий Шмидтеа mediterraea. [49] [50] Осылайша картаға түсірілген алғашқы омыртқалы жануарлар зебрабалықтар [51] [52] және Xenopus laevis. [53] Әрбір жағдайда эмбрионның бірнеше кезеңдері зерттелді, бұл бүкіл даму процесін жасуша бойынша картаға түсіруге мүмкіндік берді. [8] Ғылым бұл жетістіктерді 2018 жылғы «Жыл серпілісі» деп таныды. [54]

Эксперименттік ойлар Өңдеу

RNA-Seq эксперименттерін құрастыру және жүргізу кезінде әртүрлі параметрлер ескеріледі:

  • Тіндердің ерекшелігі: Ген экспрессиясы тіндердің ішінде және олардың арасында өзгереді және RNA-Seq жасуша түрлерінің осы қоспасын өлшейді. Бұл қызығушылықтың биологиялық механизмін оқшаулауды қиындатуы мүмкін. Бұл мәселені жеңілдету үшін әрбір ұяшықты жеке зерттеу үшін бір ұяшық секвенциясы қолданылуы мүмкін.
  • Уақытқа тәуелділік: Уақыт өте келе геннің экспрессиясы өзгереді және RNA-Seq тек суретті алады. Транскриптомдағы өзгерістерді байқау үшін уақыт курсы бойынша эксперименттер жүргізуге болады.
  • Қамту (тереңдік деп те аталады): РНҚ ДНҚ-да байқалған бірдей мутацияларды қамтиды және анықтау тереңірек қамтуды қажет етеді. Жеткілікті жоғары қамту кезінде RNA-Seq әрбір аллельдің экспрессиясын бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл басып шығару немесе cis-реттеу әсерлері сияқты құбылыстарды түсінуді қамтамасыз етуі мүмкін. Арнайы қолданбалар үшін қажетті реттілік тереңдігін пилоттық эксперименттен экстраполяциялауға болады. [55]
  • Деректерді жасау артефактілері (сонымен қатар техникалық дисперсия ретінде белгілі): Реагенттер (мысалы, кітапхананы дайындау жинағы), тартылған қызметкерлер және секвенсер түрі (мысалы, Illumina, Pacific Biosciences) мәнді нәтижелер ретінде қате түсіндірілуі мүмкін техникалық артефакттарға әкелуі мүмкін. Кез келген ғылыми эксперимент сияқты, жақсы бақыланатын жағдайда RNA-Seq жүргізген дұрыс. Егер бұл мүмкін болмаса немесе зерттеу мета-анализ болса, басқа шешім жасырын айнымалыларды (әдетте негізгі құрамдас талдау немесе факторлық талдау) қорытындылау және кейіннен осы айнымалыларды түзету арқылы техникалық артефакттарды анықтау болып табылады. [56]
  • Деректерді басқару: Адамдардағы жалғыз RNA-Seq эксперименті аралық файлдарды қосқанда әдетте 1-5 Гб (қысылған) немесе одан да көп. [57] Деректердің бұл үлкен көлемі сақтау мәселелерін тудыруы мүмкін. Шешімдердің бірі - көп мақсатты есептеу схемалары (мысалы, gzip) немесе геномикаға арналған схемалар арқылы деректерді қысу. Соңғысы анықтамалық реттіліктерге немесе жаңадан жасалуы мүмкін. Басқа шешім гипотезаға негізделген жұмыс немесе репликация зерттеулері үшін жеткілікті болуы мүмкін микромассив эксперименттерін орындау болып табылады (барлау зерттеулеріне қарағанда).

Транскриптомды құрастыру Өңдеу

Геномдық ерекшеліктерге шикі тізбекті оқуды тағайындау үшін екі әдіс қолданылады (яғни, транскриптомды құрастыру):

  • Жаңадан: Бұл тәсіл транскриптомды қайта құру үшін анықтамалық геномды қажет етпейді және әдетте геном анықтамамен салыстырғанда белгісіз, толық емес немесе елеулі түрде өзгертілген болса қолданылады. [58] De novo құрастыру үшін қысқа оқуларды пайдалану кезіндегі қиындықтарға мыналар жатады: 1) қандай оқулар сабақтас тізбектерге (контигтерге) біріктірілуі керек екенін анықтау, 2) секвенирлеу қателеріне және басқа артефакттерге беріктік және 3) есептеу тиімділігі. De novo құрастыру үшін қолданылатын бастапқы алгоритм оқулар арасындағы барлық жұптық қабаттасуларды анықтайтын қабаттасу графиктерінен оқуларды k ұзындығының реттіліктеріне бөлетін және барлық k-мерлерді хэш кестесіне жинайтын де Брюйн графиктеріне көшті. [59] Қайталанатын графиктер Sanger секвенирлеуімен пайдаланылды, бірақ RNA-Seq көмегімен жасалған миллиондаған оқуға жақсы масштабталмайды. De Bruijn графиктерін қолданатын ассемблер мысалдары Trinity, [58] Oases [60] (Velvet геномдық ассемблерінен алынған[61] ), Bridger, [62] және rnaSPAdes. [63] Бір үлгінің жұптастырылған және ұзақ оқылатын реттілігі үлгі немесе қаңқа ретінде қызмет ету арқылы қысқа оқу реттілігіндегі кемшіліктерді азайта алады. Жаңа жинақтың сапасын бағалауға арналған көрсеткіштерге орташа контиг ұзындығы, контигтер саны және N50 кіреді. [64]
  • Геномды басшылыққа алады: Бұл тәсіл анықтамалық геномның үздіксіз емес бөліктерін қамтитын оқуларды теңестірудің қосымша күрделілігімен ДНҚ теңестіру үшін қолданылатын әдістерге негізделген. [65] Бұл үздіксіз емес оқулар біріктірілген транскрипттерді тізбеудің нәтижесі болып табылады (суретті қараңыз). Әдетте, теңестіру алгоритмдерінің екі қадамы бар: 1) оқылғанның қысқа бөліктерін туралау (яғни, геномды септеу) және 2) оңтайлы туралауды табу үшін динамикалық бағдарламалауды, кейде белгілі аннотациялармен үйлестіруді пайдаланады. Геномды басқаратын туралауды пайдаланатын бағдарламалық құралдарға Bowtie, [66] TopHat (біріктіру түйіндерін туралау үшін BowTie нәтижелеріне негізделген), [67][68] Subread, [69] STAR, [65] HISAT2, [70] және GMAP кіреді. . [71] Геномды басқаратын туралау (карталау) құралдарының шығысын әрі қарай сабақтас транскрипт тізбегін қалпына келтіру үшін Cufflinks [68] немесе StringTie [72] сияқты құралдармен пайдалануға болады (яғни, FASTA файлы). Геномды басқаратын жинақтың сапасын 1) жаңа құрастыру көрсеткіштерімен (мысалы, N50) және 2) белгілі транскриптпен, сплайс түйінімен, геноммен және нақтылық, еске түсіру, немесе олардың комбинациясы (мысалы, F1 ұпайы). [64] Сонымен қатар, кремнийде Бағалау имитацияланған оқулар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. [73][74]

Құрастыру сапасы туралы ескерту: Ағымдағы консенсус мынада: 1) құрастыру сапасы қай метрика қолданылатынына байланысты өзгеруі мүмкін, 2) бір түрде жақсы ұпай алған құрастыру құралдары басқа түрлерде міндетті түрде жақсы жұмыс істемейді және 3) әртүрлі тәсілдерді біріктіру ең сенімді болуы мүмкін. [75] [76] [77]

Ген экспрессиясының квантификациясы Өңдеу

Экспрессия сыртқы ынталандыруға жауап ретінде жасушалық өзгерістерді, сау және ауру күйлер арасындағы айырмашылықтарды және басқа зерттеу сұрақтарын зерттеу үшін сандық түрде анықталады. Транскрипт деңгейлері көбінесе ақуыздың көптігі үшін прокси ретінде пайдаланылады, бірақ бұл РНҚ кедергісі және мағынасыз ыдырау сияқты транскрипциядан кейінгі оқиғаларға байланысты жиі баламалы емес. [78]

Өрнек транскриптомды құрастыру қадамында әрбір локусқа салыстырылған оқулар санын санау арқылы сандық түрде анықталады. Экзондар немесе гендер үшін өрнекті контигтер немесе анықтамалық транскрипт аннотациялары арқылы анықтауға болады. [8] Бұл байқалған RNA-Seq оқу сандары экспрессиялық микромассивтерді және qPCR сияқты ескі технологияларға қарсы сенімді түрде расталған. [55] [79] Санақтарды анықтайтын құралдар - HTSeq, [80] FeatureCounts, [81] Rcount, [82] maxcounts, [83] FIXSEQ, [84] және Cuffquant. Бұл құралдар тураланған RNA-Seq деректерінен оқылған сандарды анықтайды, бірақ туралаусыз сандарды Sailfish [85] және Kallisto арқылы да алуға болады. [86] Оқылған сандар кейін гипотезаны тексеру, регрессиялар және басқа талдаулар үшін сәйкес көрсеткіштерге түрлендіріледі. Бұл түрлендіруге арналған параметрлер:

  • Тізбектеу тереңдігі/қамту: Тереңдік бірнеше RNA-Seq эксперименттерін жүргізу кезінде алдын ала анықталғанымен, ол әлі де эксперименттер арасында кеңінен өзгереді. [87] Сондықтан, бір экспериментте жасалған оқулардың жалпы саны әдетте сандарды фрагменттерге, оқылғандарға немесе миллион салыстырылған оқуға (FPM, RPM немесе CPM) санауға түрлендіру арқылы қалыпқа келтіріледі. RPM мен FPM арасындағы айырмашылық фрагменттердің бір жақты реттіліктен жұптастырылған реттілікке дейінгі эволюция барысында тарихи түрде алынған. Бір жақты реттілікте фрагментке бір ғана оқу бар (яғни, RPM = FPM). Жұптастырылған реттілікте фрагментке екі оқылым бар (яғни, RPM = 2 x FPM). Тізбектеу тереңдігі кейде кітапхана өлшемі, эксперименттегі делдал кДНҚ молекулаларының саны деп аталады.
  • Ген ұзындығы: Транскрипцияның экспрессиясы бірдей болса, ұзағырақ гендер қысқа гендерге қарағанда көбірек фрагменттерге/оқуға/санақтарға ие болады. Бұл FPM мүмкіндігін (ген, транскрипт немесе экзон болуы мүмкін) ұзындығына бөлу арқылы реттеледі, нәтижесінде миллион салыстырылған оқуға (FPKM) мүмкіндіктің килобазасына шаққандағы метрикалық фрагменттер алынады. [88] Үлгілер бойынша мүмкіндіктер топтарын қараған кезде, FPKM әрбір FPKM үлгі ішіндегі FPKM қосындысына бөлу арқылы миллиондағы транскрипттерге (TPM) түрлендіріледі. [89][90][91]
  • Жалпы үлгі РНҚ шығысы: Әрбір үлгіден бірдей мөлшерде РНҚ алынғандықтан, жалпы РНҚ көп үлгілерде бір генге РНҚ аз болады. Бұл гендердің экспрессиясы төмендеген сияқты, нәтижесінде төменгі талдауларда жалған позитивтер пайда болады. [87] Квантильді, DESeq2, TMM және Median Ratio қоса алғанда қалыпқа келтіру стратегиялары үлгілер арасындағы дифференциалды түрде экспрессияланбаған гендер жиынтығын салыстыру және сәйкесінше масштабтау арқылы осы айырмашылықты есепке алуға тырысады. [92]
  • Әрбір геннің экспрессиясы үшін дисперсия: сынама алу қатесін есепке алу (оқу саны төмен гендер үшін маңызды), қуатты арттыру және жалған позитивтерді азайту үшін модельденген. Дисперсияны қалыпты, Пуассон немесе теріс биномдық үлестірім [93][94][95] ретінде бағалауға болады және жиі техникалық және биологиялық дисперсияға ыдырайды.

Абсолютті сандық және геномдық әсерлерді анықтауға арналған спик-интер Өңдеу

РНҚ спике-индері – тәжірибелік дизайнда алтын стандарттар ретінде және абсолютті сандық анықтау және геномдық әсерлерді анықтау үшін төменгі ағындық талдаулар кезінде пайдаланылуы мүмкін белгілі концентрациялардағы РНҚ үлгілері.

  • Абсолютті мөлшерлеу: Барлық транскрипттерге қатысты экспрессияның сандық мөлшерін анықтайтын RNA-Seq эксперименттерінің көпшілігінде геннің экспрессиясын абсолютті сандық анықтау мүмкін емес. Бұл белгілі концентрациялардағы РНҚ үлгілері, спике-индері бар RNA-Seq орындау арқылы мүмкін болады. Тізбектелгеннен кейін әрбір геннің оқу саны мен биологиялық фрагменттердің абсолютті саны арасындағы байланысты анықтау үшін өсу реттілігінің оқу сандары пайдаланылады [11][96] Бір мысалда бұл әдіс Xenopus tropicalis транскрипция кинетикасын анықтау үшін эмбриондар. [97]
  • Геномдық әсерлерді анықтау: Жаһандық реттеуіштердегі өзгерістер, соның ішінде хроматинді қалпына келтірушілер, транскрипция факторлары (мысалы, MYC), ацетилтрансфераза кешендері және нуклеосомалардың орналасуы қалыпқа келтіру жорамалдарымен сәйкес келмейді және бақылаулар дәл түсіндіруді ұсына алады. [98][99]

Дифференциалдық өрнек Өңдеу

РНҚ-Seq ең қарапайым, бірақ жиі ең күшті қолдану екі немесе одан да көп жағдайлар арасындағы ген экспрессиясының айырмашылығын табу болып табылады (мысалы, өңделген және өңделмеген) бұл процесс дифференциалды өрнек деп аталады. Шығарулар жиі дифференциалды экспрессияланған гендер (DEGs) деп аталады және бұл гендер жоғары немесе төмен реттелуі мүмкін (яғни, қызығушылық жағдайында жоғары немесе төмен). Дифференциалды өрнекті орындайтын көптеген құралдар бар. Олардың көпшілігі R, Python немесе Unix пәрмен жолында орындалады. Жиі қолданылатын құралдарға DESeq, [94] edgeR, [95] және voom+limma жатады, [93] [100] олардың барлығы R/Bioconductor арқылы қол жетімді. [101] [102] Бұл дифференциалды өрнекті орындау кезіндегі жалпы ескертпелер:

  • Кірістері: Дифференциалды өрнек кірістері (1) RNA-Seq өрнек матрицасын (M гендер x N үлгілері) және (2) N үлгіге арналған эксперименттік шарттарды қамтитын дизайн матрицасын қамтиды. Ең қарапайым дизайн матрицасы сыналатын жағдайға арналған белгілерге сәйкес бір бағанды ​​қамтиды. Басқа ковариаттар (факторлар, мүмкіндіктер, белгілер немесе параметрлер деп те аталады) пакеттік әсерлерді, белгілі артефакттерді және ген экспрессиясын шатастыратын немесе делдал ететін кез келген метадеректерді қамтуы мүмкін. Белгілі ковариаттардан басқа, белгісіз ковариаттарды негізгі компонент, суррогат айнымалы, [103] және PEER [56] талдауларын қоса, бақыланбайтын машиналық оқыту тәсілдері арқылы бағалауға болады. Жасырын айнымалы талдаулар әдетте метадеректерде түсірілмеген қосымша артефактілері бар адам тінінің RNA-Seq деректері үшін қолданылады (мысалы, ишемиялық уақыт, көптеген мекемелерден алу, негізгі клиникалық белгілер, көптеген қызметкерлермен көптеген жылдар бойы деректер жинау).
  • Әдістері: Құралдардың көпшілігі дифференциалды түрде экспрессияланған гендерді анықтау үшін регрессия немесе параметрлік емес статистиканы пайдаланады және не анықтамалық геномға (DESeq2, limma, edgeR) салыстырылған оқу сандарына негізделеді немесе теңестірусіз квантификациядан алынған оқу сандарына негізделген (Sleuth, [104] ] Манжет, [105] Бал халат [106] ). [107] Регрессиядан кейін көптеген құралдар бірнеше гипотезаларды есепке алу үшін (адам зерттеулерінде,

20 000 белокты кодтайтын гендер немесе

Дифференциалды түрде экспрессияланған гендер тізіміне арналған төменгі талдаулар бақылауларды растайтын және биологиялық қорытындылар жасайтын екі нұсқада келеді. Дифференциалды экспрессияның және RNA-Seq қателеріне байланысты маңызды бақылаулар (1) бірдей үлгілердегі ортогональды әдіспен (нақты уақыттағы ПТР сияқты) немесе (2) жаңа когорттағы басқа, кейде алдын ала тіркелген тәжірибемен қайталанады. . Соңғысы жалпылауды қамтамасыз етуге көмектеседі және әдетте барлық біріктірілген когорттардың мета-талдауымен бақылануы мүмкін. Нәтижелердің жоғары деңгейдегі биологиялық түсінігін алудың ең кең тараған әдісі гендер жиынтығын байыту талдауы болып табылады, дегенмен кейде кандидаттық гендік тәсілдер қолданылады. Гендер жиынтығын байыту екі гендік жиынтық арасындағы қабаттасу статистикалық маңызды екенін анықтайды, бұл жағдайда дифференциалды түрде экспрессияланған гендер мен белгілі жолдар/деректер базаларынан алынған гендер жиынтығы (мысалы, Гендік онтология, KEGG, Адам фенотипінің онтологиясы) немесе сол деректердегі (бірлескен экспрессиялық желілер сияқты) қосымша талдаулардан. Гендер жиынтығын байытудың жалпы құралдары веб-интерфейстерді (мысалы, ENRICHR, g:profiler, WEBGESTALT) [114] және бағдарламалық пакеттер. Байыту нәтижелерін бағалау кезінде бір эвристикалық әдіс алдымен белгілі биологияны байытуды ақыл-ойды тексеру ретінде іздеу, содан кейін жаңа биологияны іздеу ауқымын кеңейту болып табылады.

Балама қосылыс Өңдеу

РНҚ сплайсингі эукариоттардың ажырамас бөлігі болып табылады және адам гендерінің >90% болатын ақуызды реттеуге және әртүрлілікке айтарлықтай үлес қосады. [115] Бірнеше альтернативті сплайс режимдері бар: экзонды өткізіп жіберу (адамдардағы және жоғары эукариоттарда жиі кездесетін сплайсация режимі), өзара эксклюзивті экзондар, альтернативті донорлық немесе акцепторлық учаскелер, интронды ұстау (өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда және қарапайымдылардағы ең көп таралған сплайсация режимі), альтернативті транскрипцияның басталу орны (промоторы) және балама полиаденилденуі. [115] RNA-Seq мақсатының бірі – альтернативті сплайсинг оқиғаларын анықтау және олардың шарттар арасында айырмашылығы бар-жоғын тексеру. Ұзақ оқылатын секвенирлеу толық транскриптті түсіреді және осылайша изоформаның көптігін бағалаудағы көптеген мәселелерді азайтады, мысалы, анық емес оқу салыстыру. Қысқа оқылатын RNA-Seq үшін үш негізгі топқа жіктеуге болатын альтернативті сплайсты анықтаудың бірнеше әдістері бар: [116] [89] [117]

  • Санаққа негізделген (сонымен қатар оқиғаға негізделген, дифференциалды қосу): экзонның сақталуын бағалаңыз. Мысалдар: DEXSeq, [118] MATS, [119] және SeqGSEA. [120]
  • Изоформа негізінде (сонымен қатар көп оқу модульдері, дифференциалды изоформа өрнек): алдымен изоформаның көптігін, содан кейін шарттар арасындағы салыстырмалы көптігін бағалаңыз. Мысалдар 2 [121] манжеттер және DiffSplice. [122]
  • Интронды кесуге негізделген: бөлуді оқу арқылы балама сплайсты есептеу. Мысалдар: MAJIQ [123] және Leafcutter. [117]

Дифференциалды генді экспрессиялау құралдары, егер изоформалар RSEM сияқты басқа құралдармен уақытынан бұрын сандық түрде анықталса, дифференциалды изоформа өрнектері үшін де пайдаланылуы мүмкін. [124]

Бірлескен экспрессиялық желілер Өңдеу

Коэкспрессиялық желілер - бұл тіндер мен эксперименттік жағдайларда ұқсас әрекет ететін гендердің деректерден алынған өкілдіктері. [125] Олардың негізгі мақсаты гипотезаны құруда және бұрын белгісіз гендердің функцияларын тұжырымдау үшін кінәні біріктіру тәсілдерінде жатыр. [125] RNA-Seq деректері өсімдіктерде де [126] да, сүтқоректілерде де Пирсон корреляциясына негізделген арнайы жолдарға қатысатын гендер туралы қорытынды жасау үшін пайдаланылды. [127] Мұндай талдаудағы RNA-Seq деректерінің микромассив платформаларына қарағанда басты артықшылығы - бүкіл транскриптомды қамту мүмкіндігі, сондықтан гендік реттеу желілерінің толық көріністерін ашуға мүмкіндік береді. Бір геннің сплайс изоформаларының дифференциалды реттелуін анықтауға және олардың биологиялық функцияларын болжау үшін пайдалануға болады. [128] [129] Өлшенген гендік коэкспрессиялық желілік талдау РНҚ тізбегі деректеріне негізделген коэкспрессиялық модульдерді және интрамодулярлық хаб гендерін анықтау үшін сәтті қолданылды. Бірлескен экспрессиялық модульдер ұяшық түрлеріне немесе жолдарға сәйкес келуі мүмкін. Жоғары қосылған модульішілік хабтарды олардың сәйкес модулінің өкілдері ретінде түсіндіруге болады. Меншікті модульдегі барлық гендердің экспрессиясының салмақты қосындысы. Эигенгендер диагностика мен болжам үшін пайдалы биомаркерлер (ерекшеліктер) болып табылады. [130] РНҚ тізбегі деректеріне негізделген корреляция коэффициенттерін бағалауға арналған дисперсияны тұрақтандырушы түрлендіру тәсілдері ұсынылды. [126]

Нұсқаларды табу Өңдеу

RNA-Seq ДНҚ вариациясын, соның ішінде бір нуклеотидтік нұсқаларды, кішігірім кірістіру/делецияларды түсіреді. және құрылымдық өзгерістер. RNA-Seq нұсқасындағы нұсқаны шақыру ДНҚ нұсқасын шақыруға ұқсас және көбінесе біріктіруді есепке алу үшін түзетулері бар бірдей құралдарды (соның ішінде SAMtools mpileup [131] және GATK HaplotypeCaller [132]) пайдаланады. РНҚ нұсқаларының бірегей өлшемі - аллельдік спецификалық экспрессия (ASE): тек бір гаплотиптің нұсқалары реттеуші әсерлердің, соның ішінде импринтинг пен экспрессияның сандық белгілер локустарын және кодталмаған сирек нұсқаларды қоса алғанда, артықшылықты түрде экспрессиялануы мүмкін. [133] [134] РНҚ нұсқасының идентификациясының шектеулері оның тек экспрессиялық аймақтарды көрсететінін (адамдарда, геномның 5% -нан астамын) қамтиды, деректерді өңдеу арқылы енгізілген қиғаштықтарға ұшырауы мүмкін (мысалы, де жаңа транскриптомдық жинақтар гетерозиготалықты төмендетеді [135] ) және тікелей ДНҚ секвенциясымен салыстырғанда сапасы төмен.

РНҚ өңдеу (транскрипциядан кейінгі өзгерістер) Өңдеу

Жеке тұлғаның сәйкес келетін геномдық және транскриптомдық тізбегінің болуы транскрипциядан кейінгі өңдеулерді (РНҚ өңдеу) анықтауға көмектеседі. [3] Егер ген транскрипциясында геномдық деректерде байқалмаған аллель/вариант болса, транскрипциядан кейінгі модификация оқиғасы анықталады.

Біріктіру генін анықтау Өңдеу

Геномдағы әртүрлі құрылымдық модификациялардан туындаған синтез гендері қатерлі ісікпен қарым-қатынасына байланысты назар аударды. [136] RNA-Seq үлгінің бүкіл транскриптомын бейтарап түрде талдау қабілеті оны қатерлі ісік ауруында жиі кездесетін оқиғаларды табу үшін тартымды құрал етеді. [4]

Бұл идея қысқа транскриптомдық оқуларды анықтамалық геномға теңестіру процесінен туындайды. Қысқа оқулардың көпшілігі бір толық экзонға түседі, ал кішірек, бірақ әлі де үлкен жиынтық белгілі эксон-эксондық түйіспелерге сәйкес келеді деп күтілуде. Қалған салыстырылмаған қысқа оқулықтар экзондар әртүрлі гендерден келетін экзон-эксондық түйіспеге сәйкес келетінін анықтау үшін одан әрі талданады. Бұл мүмкін болатын синтез оқиғасының дәлелі болар еді, дегенмен оқу ұзақтығына байланысты бұл өте шулы болуы мүмкін. Баламалы тәсіл жұптастырылған оқуларды пайдалану болып табылады, жұптастырылған оқулардың ықтимал көп саны әр ұшын басқа экзонға салыстырып, осы оқиғаларды жақсырақ қамтуға мүмкіндік береді (суретті қараңыз). Дегенмен, түпкілікті нәтиже гендердің бірнеше және ықтимал жаңа комбинацияларынан тұрады, әрі қарай валидациялау үшін тамаша бастапқы нүктені қамтамасыз етеді.

RNA-Seq алғаш рет 2000 жылдардың ортасында келесі ұрпақ секвенирлеу технологиясының пайда болуымен әзірленді. [139] RNA-Seq терминін қолданбай-ақ қолданылған алғашқы қолжазбаларда қуық асты безінің қатерлі ісігі жасушаларының линиялары [140] (2006 ж.), Medicago truncatula [141] (2006), жүгері [142] (2007), және Arabidopsis thaliana [143] (2007), ал "RNA-Seq" терминінің өзі алғаш рет 2008 жылы айтылған [144] Тақырыпта немесе аннотацияда (сурет, көк жол) RNA-Seq сілтеме жасайтын қолжазбалар саны 6754 қолжазбамен үздіксіз артып келеді. 2018 жылы жарияланған. RNA-Seq және медицина қиылысы (сурет, алтын сызық) ұқсас жылдамдылыққа ие. [145]

Медицинаға арналған қолданбалар Өңдеу

RNA-Seq жаңа аурудың биологиясын, клиникалық көрсетілімдер үшін профиль биомаркерлерін анықтауға, дәрілік жолдарды анықтауға және генетикалық диагноздарды қоюға әлеуеті бар. Бұл нәтижелерді алдын алу, диагностика және терапияны тиімдірек көрсете отырып, ішкі топтарға немесе тіпті жекелеген пациенттерге одан әрі жекелендіруге болады. Бұл тәсілдің орындылығы ішінара ақша және уақыт шығындарымен байланысты, бұл талдау нәтижесінде алынған деректердің үлкен көлемін толық интерпретациялау үшін қажетті мамандар тобы (биоинформатиктер, дәрігерлер/клиниктер, негізгі зерттеушілер, техниктер) қажет. [146]

Кең ауқымды реттілік әрекеттері Өңдеу

ДНҚ элементтерінің энциклопедиясы (ENCODE) және қатерлі ісік геномының атласы (TCGA) жобалары ондаған жасушалық сызықтарды [147] және мыңдаған бастапқы ісік үлгілерін сипаттау үшін осы тәсілді пайдаланғаннан кейін RNA-Seq деректеріне көп көңіл бөлінді. [148] сәйкес. Жасуша сызықтарының әртүрлі когорттарында геномдық реттеуші аймақтарды анықтауға бағытталған КОДҚА және осы эпигенетикалық және генетикалық реттеуші қабаттардың төменгі ағындық әсерін түсіну үшін транскриптомдық деректер маңызды болып табылады. Оның орнына TCGA қатерлі трансформация мен прогрессияның негізгі механизмдерін түсіну үшін 30 түрлі ісік түрінен мыңдаған пациент үлгілерін жинап, талдауды мақсат етті. Осы контексте RNA-Seq деректері аурудың транскриптомиялық күйінің бірегей суретін береді және әртүрлі технологиялармен анықталмайтын жаңа транскрипттерді, синтез транскрипттерін және кодталмаған РНҚ-ны анықтауға мүмкіндік беретін транскрипттердің бейтарап популяциясын қарастырады.

Бұл мақала жіберілді WikiJournal of Science 2019 жылы сыртқы академиялық рецензия (рецензент есептері). Жаңартылған мазмұн CC-BY-SA-3.0 лицензиясы (2021) бойынша Уикипедия бетіне қайта біріктірілді. Жазбаның қаралған нұсқасы: Феликс Рихтер және т.б. (17 мамыр 2021 ж.). «RNA-Seq-ке кең кіріспе». WikiJournal of Science. 4 (2): 4. doi: 10.15347/WJS/2021.004. ISSN 2470-6345. Wikidata Q100146647.


Бактериялық және вирустық инфекцияларды емдеу

Бактериялық инфекцияларға қарсы антибиотиктердің ашылуы медицина тарихындағы ең маңызды жетістіктердің бірі болып саналады. Өкінішке орай, бактериялар өте бейімделгіш және антибиотиктерді шамадан тыс қолдану олардың көпшілігін антибиотиктерге төзімді етті. Бұл әсіресе аурухана жағдайында күрделі проблемалар туғызды.

Антибиотиктер вирустарға қарсы тиімді емес, сондықтан көптеген жетекші ұйымдар бактериялық инфекцияның айқын дәлелі болмаса, антибиотиктерді қолданбауға кеңес береді.

20 ғасырдың басынан бастап вакциналар жасалды. Вакциналар полиомиелит, қызылша және желшешек сияқты вирустық аурулардың жаңа жағдайларының санын күрт төмендетті. Сонымен қатар, вакциналар тұмау, А гепатиті, В гепатиті, адам папилломавирусы (HPV) және т.б. сияқты инфекциялардың алдын алады.

Бірақ вирустық инфекцияларды емдеу қиынырақ болды, өйткені вирустар салыстырмалы түрде кішкентай және жасушалардың ішінде көбейеді. Кейбір вирустық аурулар, мысалы, қарапайым герпес вирустық инфекциялары, АҚТҚ/ЖИТС және тұмау үшін вирусқа қарсы препараттар қол жетімді болды. Бірақ вирусқа қарсы препараттарды қолдану дәріге төзімді микробтардың дамуымен байланысты болды.

Дереккөздер

Ұлттық аллергия және жұқпалы аурулар институты: «Ауру мен денсаулықтағы микробтарды түсіну».

MicrobeWorld.org: «Вирус немесе бактерия?» «Вирустық және бактериялық көбею».

Merck Manual Second Home Edition: «Бактериялық инфекциялар», «Вирустық инфекциялар».


Бір тізбекті вирустар қос тізбекті вирустарға қарағанда жоғары мутация жылдамдығын көрсетеді

Бір тізбекті ДНҚ вирустары екі тізбекті ДНҚ вирустарына қарағанда тезірек мутацияға ұшырайды, дегенмен бұл айырмашылық бактериофагтармен жұмыс істеуге негізделген, өйткені эукариоттық бір тізбекті ДНҚ вирустары үшін мутация жылдамдығының бағалаулары алынбаған [1]. РНҚ вирустарының ішінде Балтимор кластары арасында мутация жылдамдығында айқын айырмашылықтар жоқ (сурет   2 a). Бұл айырмашылықтардың негізінде жатқан механизмдер жақсы түсінілмеген. Бір жіпті және қос тізбекті вирустар арасындағы айырмашылықтардың мүмкін болатын түсіндірмесі бір тізбекті нуклеин қышқылдарының тотығу дезаминденуіне және химиялық зақымдалудың басқа түрлеріне бейімділігі болып табылады. Вирустық инфекциялар кезінде реактивті оттегі түрлерінің (ROS) және басқа жасушалық метаболиттердің жоғары деңгейлері хост жасушасында және вируста мутацияларды тудыруы мүмкін. Мысалы, этанол HCV мутациясының жылдамдығын жоғарылату үшін вирус тудырған тотығу стрессімен синергетикалық әсер етуі мүмкін [21]. Бір және екі тізбекті ДНҚ вирустарының арасындағы айырмашылықтарды олардың репликациядан кейінгі қалпына келтіруге қолжетімділігі тұрғысынан да түсіндіруге болады. Бактериофагпен жұмыс ϕX174 осы мәселе бойынша қызықты мәліметтер берді. Энтеробактерияларда метилге бағытталған сәйкессіздікті жөндеу (MMR) MutHLS ақуыздары мен Дам метилазасы арқылы жүзеге асырылады. GATC тізбегінің мотивтерінің дамба метилденуі шаблонды және еншілес ДНҚ тізбектерін саралау үшін қолданылады және сәйкессіздікті түзету үшін қажет [22]. Сәйкессіздіктер MutS арқылы танылады, ол MutL-мен әрекеттеседі және еншілес тізбекті акциздендіретін MutH эндонуклеазасының белсендірілуіне әкеледі. Дегенмен, ϕX174 бактериофаг геномында GATC реттілігінің мотивтері жоқ, тіпті кездейсоқ 20-ға жуық осындай учаскелер күтілсе де. Нәтижесінде, ϕX174 ДНҚ MMR-дан өте алмайды. Бұл осы вирустың салыстырмалы түрде жоғары мутация жылдамдығын түсіндіруге ықпал етеді, ол 10 | ішек таяқшасы және ДНҚ вирустары арасында ең жоғары [23]. GATC мотивтерінен аулақ болу мутация жылдамдығына әсер ететін таңдаудың салдары болуы мүмкін, сонымен қатар басқа селективті факторлардың салдары болуы мүмкін. Мысалы, фаг ДНҚ-ның тиімсіз метилденуі оны MutH арқылы бөлінуге бейім етіп, GATC реттілігі мотивтеріне қарсы таңдау қысымын тудыруы мүмкін [24].

Бактериофагқа қарағанда ϕX174, эукариоттық вирустарда репликациядан кейінгі қалпына келтіру мен мутация жылдамдығы арасындағы байланыс әлі де түсініксіз. Көптеген зерттеулер вирустардың локализацияны өзгерту немесе DDR құрамдастарының деградациясына ықпал ету арқылы ДНҚ зақымдану реакциясы (DDR) жолдарымен өзара әрекеттесетінін көрсетті [25, 26]. Мысалы, аденовирустық E4orf6 протеині DDR компоненті TOPBP1 протеазомдық деградациясына ықпал етеді [27]. DDR белсендіру өз кезегінде инфекцияға байланысты жасушалық стресстің жанама салдары немесе вирусқа қарсы жауаптың бөлігі ретінде орын алуы мүмкін, бұл өз кезегінде вирустармен қарсы болады. ДНҚ вирустары қабылдаушы жасушадағы геномдық тұрақсыздыққа ықпал ететініне қарамастан, DDR реттелуінің бұзылуы ДНҚ вирусының мутация жылдамдығын анықтай алатынын көрсету керек.


Оң тізбекті РНҚ вирустары 30 отбасынан тұратын РНҚ вирустарының жалғыз ең үлкен тобы болып табылады.

ҮЙРЕНУ МАҚСАТТАРЫ

Оң тізбекті вирустардың сипаттамаларын жіктеңіз

НЕГІЗГІ МӘЛІМЕТТЕР

Негізгі нүктелер

  • Нуклеин қышқылы әдетте бір тізбекті РНҚ (ssRNA), бірақ екі тізбекті РНҚ (dsRNA) болуы мүмкін.
  • РНҚ вирусы – генетикалық материалы ретінде РНҚ (рибонуклеин қышқылы) бар вирус.
  • РНҚ вирустары тудыратын адам ауруларына ЖРВИ, тұмау, С гепатиті, Батыс Ніл безгегі және полиомиелит жатады.

Негізгі шарттар

  • вирус: Субмикроскопиялық жұқпалы ағза, қазір ақуыз қабығымен қоршалған ДНҚ немесе РНҚ өзегінен тұратын жасушалық емес құрылым деп түсініледі. Ол репликациялау үшін тірі жасушаны қажет етеді және көбінесе иесі ағзасында ауру тудырады.
  • генетикалық: Генетикаға немесе гендерге қатысты.
  • РНҚ: Рибонуклеин қышқылы (РНҚ) – гендерді кодтау, декодтау, реттеу және экспрессиялауда көптеген маңызды рөлдерді атқаратын ірі биологиялық молекулалардың барлық жерде таралған отбасы.

Бір тізбекті РНҚ вирустарын РНҚ-ның мағынасына немесе полярлығына қарай теріс мағыналы және оң мағыналы немесе амбисенді РНҚ вирустары деп жіктеуге болады. Оң мағыналы вирустық РНҚ мРНҚ-ға ұқсайды, сондықтан оны қабылдаушы жасуша бірден аудара алады. Теріс мағыналы вирустық РНҚ мРНҚ-ға комплементарлы болып табылады, сондықтан трансляция алдында РНҚ полимераза арқылы оң мағыналы РНҚ-ға айналуы керек. Осылайша, позитивті вирустың тазартылған РНҚ-сы инфекцияны тікелей тудыруы мүмкін, бірақ ол бүкіл вирус бөлшектеріне қарағанда жұқпалы болуы мүмкін. Теріс мағыналы вирустың тазартылған РНҚ-сы өздігінен жұқпалы емес, өйткені ол оң мағыналы РНҚ-ға транскрипциялануы керек, әрбір вирион бірнеше оң мағыналы РНҚ-ға транскрипциялануы мүмкін. Амбисенс РНҚ вирустары теріс мағыналы РНҚ вирустарына ұқсайды, тек олар оң тізбектегі гендерді де аударады. Адамдарды жұқтыратын кең таралған вирустық оң тізбекті РНҚ вирустары пикорнавирустар болып табылады.

Сурет: Аяқ және ауыз ауруы: Аяқ ауруы жануарлар вирустарының Picornaviridae тұқымдасына жататын оң тізбекті РНҚ вирусы Афтовирус вирусынан туындаған.

Пикорнавирус – Picornaviridae тұқымдасына жататын вирус. Пикорнавирустар икосаэдрлік капсидті конвертсіз, оң тізбекті РНҚ вирустары. РНҚ геномы әдеттен тыс, өйткені оның 5&бастапқы жағында РНҚ полимераза арқылы транскрипциялау үшін праймер ретінде пайдаланылатын ақуыз бар. Бұл атау кішкентай дегенді білдіретін пико және рибонуклеин қышқылы геномына қатысты РНҚ сөзінен шыққан, сондықтан &ldquopicornavirus&rdquo сөзбе-сөз мағынасында кішкентай РНҚ вирусын білдіреді. Пикорнавирустар бірнеше тектерге бөлінеді және адамдар мен жануарлардың көптеген маңызды патогендерін қамтиды. Олар тудыратын аурулар әр түрлі, олар жедел &ldquoжай-суық&rdquo тәрізді аурулардан, полиомиелитке, малдың созылмалы инфекцияларына дейін. Танылған тұқымдастардың ешқайсысына жатпайтын қосымша түрлерді сипаттау жалғасуда.


Адам папилломавирусына қарсы вакцина

Донателла Панатто, Роберто Гаспарини, ақуыздар химиясы мен құрылымдық биологиядағы жетістіктер, 2015 ж.

3 Протеом

HPV геномы сфералық, икосаэдрлік капсидпен қоршалған.Т = 7 симметрия), екі құрылымдық ақуыздан тұрады, L1 және L2.

Алдыңғы параграфта айтылғандай, вирустық геномды шамамен үш бөлікке бөлуге болады: бірінші бөлік геномның шамамен үштен екі бөлігін құрайды және ерте белоктарды кодтайды, екінші бөлігі, шамамен үштен бірі HPV геном, кеш құрылымдық белоктарды кодтайды, ал үшінші бөлігі негізінен репликация мен транскрипция үшін маңызды элементтер мен мотивтерден тұратын кодталмаған (Campo & Roden, 2010 Malik, Khan, & Ahsan, 2014).

HPV протеиндерінің қолжетімді құрылымдары, негізгі функциялары және белгілі өзара әрекеттесетін серіктестері тиісінше 6, 7 және 8 кестелерде қарастырылған.

6-кесте. Ақуыз деректер банкінде сақталған адам папилломавирусы ақуыздарының қолжетімді құрылымдары

HPV протеиніHPV түріҚұрылымды анықтау үшін қолданылатын әдісМолекулалық мәліметтерАжыратымдылықPDB құрылымдары
L116рентгенАдам папилломавирусының L1 протеинінен жинақталған шағын вирус тәрізді бөлшектердің құрылымы 163.50 1DZL
16рентген16 типті адам папилломавирусының L1 негізгі капсидті ақуызының пентамерлі құрылымы3.70 2R5H
18рентген18 типті адам папилломавирусының L1 негізгі капсидті ақуызының пентамерлі құрылымы3.40 2R5I
35рентген35 типті адам папилломавирусының L1 негізгі капсидті ақуызының пентамерлі құрылымы3.30 2R5J
11рентген11 типті адам папилломавирусының L1 негізгі капсидті ақуызының пентамерлі құрылымы3.20 2R5K
16Электрондық микроскопия16 капсид типті адам папилломавирусының электронды крио-микроскопиясы9.10 3J6R
16Электрондық микроскопияАдам папилломавирусы 16 және H16.V5 Fab фрагменттерінің электронды крио-микроскопиясы13.60 3J7G
16рентгенГепарин олигосахаридтерімен байланысқан HPV-16 L1 пентамерінің кристалдық құрылымы2.80 3OAE
18рентгенГепарин олигосахаридтерімен байланысқан адам папилломавирусының 18 (HPV-18) капсид L1 пентамерлерінің кристалдық құрылымы3.40 3OFL
L218рентген18 типті адам папилломавирусы E2 ДНҚ-байланыстырушы домен ДНҚ нысанасына байланысты2.40 1JJ4
E118рентген18 типті адам папилломавирусының (HPV-18) ДНҚ-байланыстырушы доменінің кристалдық құрылымы репликацияны бастау ақуызы E11.80 1R9W
18рентгенПапилломавирусты геликазаның рентгендік құрылымы оның молекулалық матчмейкері E2 бар кешенді2.10 1 ТУ
E231рентгенАдам папилломавирусынан алынған E2 ДНҚ-байланыстырушы доменінің кристалдық құрылымы 2,4 Å2.4 1A7G
18рентгенHPV-18 E2 ДНҚ байланыстыру доменінің кристалдық құрылымы2.20 1BY9
31NMR31 типті адам папилломавирусының E2 ДНҚ-байланыстырушы домені, ЯМР, минималды орташа құрылым 1DHM
16рентген16 типті адам папилломавирусының E2 ақуызының толық трансактивация аймағының кристалдық құрылымы1.90 1DTO
18рентгенHPV-18 E2 ДНҚ байланыстыру доменінің кристалдық құрылымы1.90 1F9F
18рентген18 типті адам папилломавирусы E2 ДНҚ-байланыстырушы домен ДНҚ нысанасына байланысты2.40 1JJ4
11рентгенHPV-11 E2 TAD кристалдық құрылымы2.50 1R6K
11рентгенHPV-11 E2 TAD күрделі кристалдық құрылымы2.40 1R6N
6 және 16рентгенАдамның онкогенді және онкогенді емес папилломавирусының E2 ақуыздарының құрылымы мен ДНҚ-байланыстырушы қасиеттерін салыстыру.1.90 1R8H
16NMRHPV-16 E2 ДНҚ байланыстыру доменінің ерітінді құрылымы, димерлі бета-баррель қатпары бар транскрипциялық реттегіш 1R8P
18рентгенПапилломавирусты геликазаның рентгендік құрылымы оның молекулалық матчмейкері E2 бар кешенді2.10 1 ТУ
E616NMRHPV-16 E6 онкопротеинінің С-терминалды мырышпен байланыстыру доменінің ерітінді құрылымы 2FK4
18рентгенHPV-18 E6 С-терминал пептидімен байланысқан Sap97 PDZ3 рентгендік кристалдық құрылымы2.80 2I0I
16NMRHPV-16 E6 онкопротеинінің мономерлі N-терминал доменінің құрылымы 2LJX
16NMRHPV-16 E6 N-терминалды домен димерінің Хэддок моделінің құрылымы 2LJY
16NMRHPV-16 E6 онкопротеинінің С-терминалды доменінің құрылымы 2LJZ
51NMRhDlg/SAP-97 қалдықтары 318–406 және HPV-51 онкопротеин E6 қалдықтары 141–151 тұратын кешен ерітіндісінің құрылымы 2М3М
18NMRHPV-18 папилломавирусы E6 пептидімен кешенді hDLG/SAP97 PDZ2 құрылымы 2OQS
16рентгенТолық ұзындықтағы адам папилломавирусының онкопротеині E6 кристалдық құрылымы 2,55 Å рұқсатта убиквитин лигаза E6AP LXLL пептидімен кешенді2.55 4GIZ
E716рентгенE7 LXCXE мотивіне байланған RB қалтасы1.85 1GUX
1рентгенHPV E7 CR3 доменінің кристалдық құрылымы1.60 2B9D
45NMRHPV-45 онкопротеині E7 С-терминал доменінің (мономері) ерітінді құрылымы 2EWL
45NMRHPV-45 онкопротеині E7 С-терминал доменінің (димер) ЯМР құрылымы 2F8B
рентгенHPV E7 пептидімен кешенді p107 қалта домені2.24 4YOZ

Аббревиатура: ЯМР, ядролық магниттік резонанс.

PAVE ( http://pave.niaid.nih.gov/ ) бейімделген және Протеин деректер банкінен ( http://www.rcsb.org/pdb ) және Биологиялық магниттік-резонанс деректер банкінен ( http://www. bmrb.wisc.edu/ ).

7-кесте. Адам папилломавирусы ақуыздарының функционалдық сипаттамалары

HPV протеиніФункционалдық рөлдер
L1Негізгі капсид ақуызы
L2Кіші капсид ақуызы
Вирустық сауда
Вирустық ДНҚ инкапсидациясы
Вирионның шығарылуы
Ланггеран жасушаларының жетілуін басу
E1Вирустық геномның репликациясы
E2 (толық ұзындық)Вирустың шығу тегін тану кешені (ORC)
E1 және ДНҚ репликациясымен әрекеттесу
Гомодимеризация және ДНҚ байланысуы
Brd4 және басқа комплекстер арқылы хроматинмен әрекеттесу
Транскрипцияның реттелуі және модуляциясы
SMC5/6 арқылы геномды бөлу және плазмида/хромосоманы қолдау
РНҚ белсенділігін және өңдеуін бақылау
E6 және E7 тежеу ​​және p53 және Rb жолдарын қайта белсендіру арқылы жасушалық циклді бақылау (G1 тоқтауы)
Каспас 8 арқылы апоптозды бақылау
Анеуплоидияны индукциялау және кейбір ішінара түрлендіру қасиеттері (TNF-α/STAT3/NF-κB жолдары арқылы)
E2 (қысқартылған пішін)Транскрипция мен репликацияның тежелуі
E3Белгісіз функция
E4/E1ˆE4Вирустар жинағы
Вирусты шығару
Вирустардың репликация орталықтарының қалыптасуы
Капсид ақуызының экспрессиясы
Продуктивті вирустық инфекциялар (жедел кезеңнің белгісі)
Жасуша циклінің модуляциясы (G2 ұстамасы)
Вирустық геномды күшейту
Вирустық беріліс
Цитоскелеттің ыдырауы
РНҚ алмасуына кедергі
ДНҚ синтезіне кедергі
Апоптоздың индукциясы
E5Гап-түйін белсенділігіне кедергі
Вакуолярлы-АТФаза функциясына кедергі
Эндосомалық қышқылданудың бұзылуы
Иммуноэффект (гистосәйкестік антигендерінің экспрессиясына кедергі)
Жасуша мембраналарының құрамы мен биофизикалық қасиеттерін модуляциялау
EGF/EGFR жолдарына кедергі
Неопластикалық бастама
Апоптозды тежеу
Эпителий-мезенхимальді ауысу
E6Онкопротеиннің p53-пен әрекеттесуі
E6AP немесе EDD1 арқылы ақуыздың ыдырауы
Иммуноэффект (адгезия молекулаларының төмендеуі)
Апоптоз
Жасушаның дифференциациясын тежеу
Хромосомалық тұрақсыздық
Жасушаның полярлығын жоғалту
Гиперплазияның индукциясы
Эпителий-мезенхимальді ауысу
Инвазия
E7Онкопротеиннің pRb ақуызымен және қалта ақуыздарымен әрекеттесуі (p107 және p130)
Ақуыздың ыдырауы
ATM, ATR және гамма-тубулинді белсендіру арқылы хромосомалық және геномдық тұрақсыздық, нәтижесінде хромосомаларды бөлу қателері және аберрантты ДНҚ синтезі
ДНҚ жөндеуінің кешігуі
Центромерлердің тұрақсыздануы
Жасуша циклі (G1/S фазасы) және ұялы бақылау нүктелеріне кедергі
Аберрантты митоздың индукциясы (псевдо-биполярлы, үшполярлы және көпполярлы митоз сияқты)
Жасушалық метаболизмге және митохондриялық тыныс алуға кедергі
Вирус геномының репликациясы және вирус генінің транскрипциясы
Хроматинді қайта құру, эпигенетикалық қайта бағдарламалау және промоторлардың метилденуі
Жасушаның өлімі және апоптоз
Гиперплазияның индукциясы
Цитокиндік сигнал беру
Иммуноэффект (адгезия молекулаларының төмендеуі және гистосәйкестіктің негізгі кешенінің I класс жолына кедергі)
Эпителий-мезенхимальді ауысу
Жатыр мойны ісігі жасушаларының миграциясы
Инвазия
E8ˆE2CЕрте ген экспрессиясының репрессиясы

8-кесте. Адам папилломавирусының ақуыздарының белгілі өзара әрекеттесетін серіктестері

HPV протеиніБелгілі мақсатты белоктар
E1 а E2
ДНҚ жөндеу компоненттері (ATM, Chk2, p53)
Конъюгациялаушы ферменттер (CK2, UBE2I/Ubc9)
Хроматинді қайта құру (SMARCB1, Гистон H1, Ini1/hSNF5)
ДНҚ репликациясының құрамдас бөліктері (ДНҚ-полимераза альфа-примаза кешенінің p70, p180 суббірліктер, RPA, Topo1, E1BP/TRIP13, p80/UAF1, USP1, USP12, USP46 сияқты деубиквитизациялаушы фермент кешендері)
Транскрипция факторлары/ко-активаторлар (TATA байланыстыратын ақуыздар (TBPs))
Шаперондар (Hsp40, Hsp70)
Жасуша циклі (Cdk2, Cyclin A/E, ERK1, JNK2)
Иммундық реттеу (IFIT1, интерферон-индукциялық фактор немесе p56)
Апоптозды бақылау (каспаза 3, каспаза 7)
Экспорттар (Crm1)
E2 b E1
L1
Ядролық матрица компоненттері (MATR3, HNRNPU, HNRNPA1 PTM CSNK2A1, CSNK2A2, CSNK2B SRPK1/2 PRMT5 PPP2CA/CB/R1A, BAZ1B, KPNA3)
ДНҚ репликациясы/жөндеу құрамдастары (TOP1/Topo1, TopBP1, ATM, Chk2, p53, p70, RFC2, RFC3, RFC4, RFC5, ATAD5, PARP, RPA1/RPA-70, WICH—BAZ1B, SMARCA5)
Транскрипция факторлары/ко-активаторлар (AMF1/GPS2, BNC2, YY1, TMF1, HoxC9, NR4A1, SP1, CEBPA, CEBPB, GTF2B, TRIM28, NAP1, TATA байланыстыратын ақуыздар (TBPs) және TFIIB сияқты TBP байланысты факторлар —TAF1/TFIID/p250, TAF6/TAFII70/80, TAF7/TAFII55)
РНҚ өңдеу Сплайсомдық факторлар (C1QBP, SNRNP70, SRSF1, SRSF4, SRSF5, CPSF4/CPSF30, TRA2B)
Хромосоманың құрылымдық белоктары (SMC5/6)
Гистон ацетилазалары (pCAF/KAT2B, p300, CBP, TTRAP/TIP60—INO80, p400, TRRAP)
Гистон деацетилазалары (NCOR1, HDAC, SAP18)
Гистон деметилазалары (KDM1B)
Гистон метилтрансфераза (SETDB1, WDR5, WHSC—WHSC1/WHSCL1, SALL4—PRMT5, EHMT1), хроматинмен байланысу (BRD4, P-TEFb, Polycomb E2F6, PCGF6, RNF2)
Хроматинді қайта құру (JARID1C/SMCX/KDM5C, NAP1L1/NAP1, SWI/SNF—SMARCA4—MI-2/NuRD—CHD4, SMARCA5, HDAC1, HDAC2, HDAC3, MTA1, MTA2—WICH—BAZ1B, SMARCA580TR , p400, TRRAP)
жасушалық циклды басқару (SKP2, SAC, MCC—Cdc20, MAD2, BUBR1)
апотптисті бақылау (CASP8/FLICE және Caspase 8 жолының басқа компоненттері, мысалы, CFLAR/cFLIP)
Конъюгациялаушы ферменттер (CK2, UBC9/UBE2I)
Эндосомалық/лизосомалық ақуыздар (VPS39)
Эндоцитозбен байланысты ақуыздар (CLTA)
Метаболизм (GRIP1)
Белгісіз (CCHCR1)
E4/E1ˆE4/қысқартылған E4SRPK1
Цитокератин матрицасы компоненттері
Жасушаның полярлық ақуыздары (Dlg1, PATJ және ZO-2)
E5E6
E7
EGF/EGR жолдары (EGFR)
PDGF/PDGFR жолдары (PDGFR)
Жасуша циклін бақылау (шпиндельді бақылау нүктесі ақуыздары немесе SCP, Bub1, Mad2 және әртүрлі MAP киназалары)
Эндосомалық қышқылдану (вакуолярлы Н + -АТФазаның 16 кДа суббірлігі)
Иммундық жауапты реттеу (HLA-A)
Транскрипция факторлары (TRIP-Br1)
Белгісіз (YIPF4, Bap31)
E6 c E5
E7
p53 жолы (p53, CBP/p300)
Иммундық жауапты реттеу (IRF3, Tyk2)
Цитоскелеттің қайта құрылуы (паксиллин)
Ядролық матрица компоненттері (SMAR1)
PDZ ақуыздары (hDlg, hScrb, MUPP1, MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3)
Апоптозды бақылау (Бак, PKN)
Деградация кешені (E6AP, E6TP1, hADA3)
Транскрипциялық факторлар (c-fos, c-myc, IRF3, GPS2, NFX123)
Каспаза жолының құрамдас бөліктері (каспаза 2, 3, 7, 8, 9, BCl2, IAP2, survivin, апоптозды индукциялайтын факторлар (AIFs))
ДНҚ жөндеу компоненттері (ATR, BARD1, BRCA1)
Жасуша циклі (E6BP, MMP7, Tyk2, Ras, Raf, p16INK4a, hTERT)
Белгісіз функция (E6BP/Erc55)
E7E5
E6
RB1, RBL1 (p107), RBL2 (p130)
Жасуша циклін бақылау (p21/WAF1CIP1, p27/KIP1, CyclinA, CyclinE, Cdk2, гистон H1 киназа, NuMA кешені)
ДНҚ жөндеу компоненттері (p48)
метаболизмге кедергі (M2-PK, альфа-глюкозидаза, IGFBP-3)
Транскрипциялық активаторлар (AP1, Forkhead MPP2, TATA-байланыстырушы ақуыздар (TBPs))
ДНҚ жөндеу құрамдастары (ATM, BRCA1, BRCA2, FANCD2)
Хроматинді қайта құру (HDAC1, HDAC2, Mi2)
S4 протеазомдық суббірлігі
Апоптозды бақылау (каспаза 3, 7, 9 және басқа Каспаза жолының компоненттері, Siva-1)
L1E2
L2
Гепаран сульфаты, ламинин-5, ламинин-332
Циклофилиндер
Ядролық көлік (импорттар/транспорт тәрізді TNPO1, IPO5, KPNA2, KPNB1)
L2 d E2
L1
Енгізу алдында (Фурин, альфа-дефенсин HD5, Циклофилин В, Анексин А2)
Везикулярлық трафик және эндосоманың қашуы (циклофилин В, гамма-секретаза, SNX17, SNX27, TSG101)
Ядролық тасымалдау (Syntaxin 18, Hsc70, Beta-Actin, DYNLT1 сияқты Dynein қозғалтқыш ақуыздары, DYNLT3 импортиндер/транспортиндер, мысалы, TNPO1, IPO5, KPNA2, KPNB1)
Конъюгациялық ферменттер (SUMO)
Virion жинағы (ND10, TBX2, TBX3)
Белгісіз (PATZ, TIP60, TIN-AG-RP, PLINP)

Әдетте, вирустық геном эпизома түрінде болады, иесі жасуша ДНҚ-сымен синхронды түрде репликацияланады. Дегенмен, қатерлі ісіктерде вирустық ДНҚ негізгі геномға біріктіріліп, қатерлі ісіктің одан әрі дамуына әкелетін жолдар мен каскадтарды белсендіреді. Вирустың өмірлік циклі вирустық геномды ораумен және вирустың шығарылуымен аяқталады, ол E2 делдалдық L2 рекрутингін және репликациядағы L2 белсенді рөлін, L1 экспрессиясын және капсидті құрастыруды қамтиды (Нгуен, Рамирес-Форт). , & Rady, 2014).


Биология 171


Вирустар - бұл кез келген патшалықта жіктелмейтін жасушалық емес паразиттік нысандар. Олар бактериялар, өсімдіктер және жануарлар сияқты әртүрлі ағзаларды жұқтыруы мүмкін. Шындығында, вирустар тірі организм мен жансыз организмнің арасындағы бір түрлі дүниеде болады. Тірі организмдер өседі, метаболизденеді және көбейеді. Керісінше, вирустар жасушалық емес, зат алмасуы немесе өсуі жоқ және жасушаның бөлінуі арқылы бөлінбейді. Вирустар алады көшіреді немесе репликациялайды, бірақ олар жетілген пішінде жиналған ұрпақ вирустарын шығару үшін олардың иесі жасушаларынан алынған ресурстарға толығымен тәуелді. Вирустардың қашан және қалай пайда болғанын немесе қандай ата-баба көзінен шыққанын ешкім білмейді, өйткені вирустар қазба қалдықтарын қалдырмаған. Кейбір вирусологтар қазіргі заманғы вирустар эволюциялық жолмен әртүрлі көздерден алынған нуклеин қышқылдарының биттері мен бөліктерінің мозаикасы деп санайды.

Үйрену мақсаттары

Осы бөлімнің соңында сіз келесі әрекеттерді орындай аласыз:

  • Вирустардың алғаш қалай ашылғанын және олардың қалай анықталғанын сипаттаңыз
  • Вирустардың қалай пайда болғаны туралы үш гипотезаны талқылаңыз
  • Вирустың жалпы құрылымын сипаттаңыз
  • Вирустардың негізгі пішіндерін таниды
  • Вирустардың бұрынғы және жаңадан пайда болған жіктеу жүйелерін түсіну
  • Балтимор классификация жүйесінің негізін сипаттаңыз

Вирустар әртүрлі нысандар: құрылымы, репликация әдістері және жұқтыратын хосттары әртүрлі. Тіршіліктің барлық дерлік формаларында – прокариоттық бактериялар мен архейлерден бастап, өсімдіктер, жануарлар мен саңырауқұлақтар сияқты эукариоттарға дейін – оларды жұқтыратын вирустар бар. Көптеген биологиялық әртүрлілікті эволюциялық тарих арқылы түсінуге болады (мысалы, түрлердің өзгермелі қоршаған орта жағдайларына қалай бейімделгені және әртүрлі түрлердің бір-бірімен жалпы шығу тегі арқылы қалай байланысты екендігі сияқты), вирустың шығу тегі мен эволюциясы туралы көп нәрсе белгісіз.

Ашу және анықтау

Вирустар алғаш рет кез келген сұйық үлгідегі микроскопта көрінетін барлық бактерияларды жоя алатын фарфор сүзгісі — Чемберленд-Пастер сүзгісі әзірленгеннен кейін табылды. 1886 жылы Адольф Мейер темекі өсімдіктерінің ауруын - темекі мозаикалық ауруын - сұйық өсімдік сығындылары арқылы ауру өсімдіктен сауға беруге болатынын көрсетті. 1892 жылы Дмитрий Ивановский бұл ауруды Чемберленд-Пастер сүзгісі сығындыдан барлық өміршең бактерияларды алып тастағаннан кейін де жұқтыруға болатынын көрсетті. Дегенмен, бұл «сүзілетін» жұқпалы қоздырғыштардың өте кішкентай бактериялар емес, ауру тудыратын өте кішкентай бөлшектердің жаңа түрі екендігі дәлелденгенге дейін көптеген жылдар өтті.

Вириондардың көпшілігі немесе бір вирус бөлшектері өте кішкентай, диаметрі шамамен 20-дан 250 нанометрге дейін. Алайда амебалардан жақында ашылған кейбір вирустардың диаметрі 1000 нм-ге дейін жетеді. Поксвирус және басқа да үлкен ДНҚ вирустары сияқты үлкен вириондарды қоспағанда, вирустарды жарық микроскопымен көруге болмайды. Ғалымдар 1930 жылдардың аяғында электронды микроскоп дамыған кезде ғана жоғарыда талқыланған темекі мозаикалық вирусының (TMV) ((сурет)) және басқа вирустардың ((сурет)) құрылымы туралы алғашқы жақсы көзқарасқа ие болды. Вириондардың беткі құрылымын сканерлеу және трансмиссиялық электронды микроскоп арқылы байқауға болады, ал вирустың ішкі құрылымдарын тек трансмиссиялық электронды микроскоптың суреттерінде байқауға болады. Электрондық микроскопияны және басқа технологияларды қолдану тірі организмдердің барлық түрлерінің көптеген вирустарын ашуға мүмкіндік берді.


Вирустардың эволюциясы

Биологтар қазіргі заманғы вирустардың қалай өзгеретіні және бейімделетіні туралы айтарлықтай білімге ие болғанымен, вирустардың қалай пайда болғаны туралы әлдеқайда аз белгілі. Көптеген ағзалардың эволюциялық тарихын зерттеген кезде ғалымдар қазба жазбаларына және ұқсас тарихи дәлелдерге қарай алады. Алайда, біз білетіндей, вирустар тасқа айналмайды, сондықтан зерттеушілер қазіргі вирустардың қалай дамып жатқанын зерттеуден және алыпсатарлық вирус тарихын жасау үшін биохимиялық және генетикалық ақпаратты пайдалану арқылы экстраполяциялауы керек.

Ғалымдардың көпшілігі вирустардың бір ортақ ата-бабалары жоқ екендігімен келіседі және вирустың шығу тегі туралы бірде-бір ақылға қонымды гипотеза жоқ. Вирустардың шығу тегін түсіндіре алатын қазіргі эволюциялық сценарийлер бар. Осындай гипотезалардың бірі «деволюция» немесе регрессивті гипотеза, вирустар бос өмір сүретін жасушалардан немесе жасушаішілік прокариоттық паразиттерден пайда болды деп болжайды. Дегенмен, бұл процестің қалай болғаны туралы көптеген компоненттер жұмбақ күйінде қалды. Екінші гипотеза, қашу немесе прогрессивті гипотеза, вирустар иесі жасушадан шыққан РНҚ және ДНҚ молекулаларынан шыққан деп болжайды. Үшінші гипотеза, бұл өздігінен қайталанатын гипотеза, вирустар транспозондарға немесе басқа мобильді генетикалық элементтерге ұқсас өздігінен репликацияланатын нысандардан пайда болуы мүмкін деп болжайды. Барлық жағдайларда, вирустар қожайын ретінде сүйенетін жасушалармен бірге дамуын жалғастыруы мүмкін.

Технология дамыған сайын ғалымдар вирустардың шығу тегін түсіндіру үшін қосымша гипотезаларды жасап, нақтылауы мүмкін. Вирустың молекулалық систематикасы деп аталатын дамып келе жатқан сала дәйекті генетикалық материалды салыстыру арқылы дәл осылай жасауға тырысады. Бұл зерттеушілер бір күні вирустардың пайда болуын жақсырақ түсінуге үміттенеді - бұл олар тудыратын ауруларды емдеудегі жетістіктерге әкелуі мүмкін.

Вирустық морфология

Вирустар жасушалық емес, яғни олар жасушалық құрылымы жоқ биологиялық нысандар. Сондықтан оларда органеллалар, рибосомалар және плазмалық мембрана сияқты жасушалардың көптеген компоненттері жетіспейді. Вирион нуклеин қышқылының өзегінен, сыртқы ақуыз жабынынан немесе капсидтен, кейде қабылдаушы жасушадан алынған ақуыз және фосфолипидті мембраналардан тұратын сыртқы қабықтан тұрады. Вирустар капсид ішінде немесе вирустық геномға қосылған ферменттер сияқты қосымша ақуыздарды қамтуы мүмкін. Әртүрлі вирустық отбасы мүшелерінің арасындағы ең айқын айырмашылық олардың морфологиясының әртүрлілігі болып табылады, ол айтарлықтай әртүрлі. Вирустық күрделіліктің қызықты ерекшелігі - хосттың күрделілігі вирионның күрделілігімен міндетті түрде сәйкес келмейді. Шын мәнінде, ең күрделі вирион құрылымдарының кейбірі бактериофагтарда — қарапайым тірі ағзаларды, бактерияларды жұқтыратын вирустарда кездеседі.

Морфология

Вирустар әртүрлі пішіндер мен өлшемдерде келеді, бірақ бұл мүмкіндіктер әрбір вирустық отбасы үшін сәйкес келеді. Көріп отырғанымыздай, барлық вириондарда қорғаныс капсидімен жабылған нуклеин қышқылының геномы бар. Капсидтің белоктары вирустық геномда кодталады және деп аталады капсомер . Кейбір вирустық капсидтер қарапайым спираль немесе көп қырлы «шарлар», ал басқалары құрылымы жағынан өте күрделі ((сурет)).


Жалпы, вирустардың капсидтері төрт топқа жіктеледі: спираль тәрізді, икосаэдрлі, қабықшалы және бас-құйрық. Спираль тәрізді капсидтер ұзын және цилиндр тәрізді. Көптеген өсімдік вирустары спираль тәрізді, соның ішінде TMV. Икосаэдрлік вирустар полиовирус немесе герпесвирустар сияқты шамамен сфералық пішіндері бар. Қапталған вирустар капсидтерді қоршап тұрған хост жасушасынан алынған мембраналар бар. Жануарлардың вирустары, мысалы, АҚТҚ жиі қоршалады. Бас және құйрық вирустары бактерияларды жұқтырады және икосаэдрлік вирустарға ұқсас басы және спираль тәрізді вирустарға ұқсас құйрығы болады.

Көптеген вирустар қандай да бір түрін пайдаланады гликопротеин деп аталатын жасушадағы молекулалар арқылы олардың иесі жасушаларына қосылу үшін вирустық рецепторлар . Бұл вирустар үшін жасуша мембранасының кейінірек енуі үшін бекіту қажет, вирус жасуша ішінде репликациясын аяқтай алатын ену орын алған соң ғана. Вирустар қолданатын рецепторлар әдетте жасуша бетінде орналасқан және өздерінің физиологиялық функциялары бар молекулалар болып табылады. Вирустар өздерінің репликациясы үшін осы молекулаларды пайдалану үшін жай ғана дамыған сияқты. Мысалы, АИВ өзінің рецепторларының бірі ретінде Т лимфоциттеріндегі CD4 молекуласын пайдаланады ((сурет)). CD4 - а деп аталатын молекула түрі жасуша адгезиясының молекуласы, ол Т-лимфоциттердің иммундық реакциясын қалыптастыру кезінде иммундық жасушалардың әртүрлі түрлерін бір-біріне жақын ұстау қызметін атқарады.


Белгілі ең күрделі вириондардың бірі, T4 бактериофаг (ол ішек таяқшасы) бактерияның құйрық құрылымы бар, оны вирус иесі жасушаларға бекітеді және оның ДНҚ-сын орналастыратын бас құрылымы бар.

Аденовирус, адамда тыныс алу ауруларын тудыратын, қабықсыз жануарлар вирусы, қабылдаушы жасушаларға қосылу үшін капсомерлерінен шығып тұрған гликопротеинді ұштарын пайдаланады. Қабықсыз вирустарға сонымен қатар полиомиелит (полиовирус), табан сүйелдері (папилломавирус) және гепатит А (гепатит А вирусы) тудыратындар да жатады.

Тұмау вирусы сияқты қабықшаланған вириондар нуклеин қышқылынан (тұмау жағдайында РНҚ) және вируспен кодталған ақуыздарды қамтитын фосфолипидті қос қабатты қабықпен қоршалған капсид ақуыздарынан тұрады. Вирустық конвертке енгізілген гликопротеиндер иесі жасушаларға қосылу үшін қолданылады. Басқа конверт ақуыздары конвертті тұрақтандыратын және көбінесе ұрпақ вириондарының жиналуында рөл атқаратын матрицалық ақуыздар болып табылады. Тауық шешек, ВИЧ және паротит - конверттері бар вирустар тудыратын аурулардың басқа мысалдары. Конверттің нәзіктігіне байланысты қабықсыз вирустар конверттелген вирустарға қарағанда температураның, рН өзгеруіне және кейбір дезинфекциялық заттарға төзімдірек.

Тұтастай алғанда, вирионның пішіні және конверттің болуы немесе болмауы бізге вирустың қандай ауруды тудыруы немесе оның қандай түрді жұқтыруы мүмкін екендігі туралы аз айтады, бірақ олар әлі де вирусты жіктеуді бастау үшін пайдалы құрал болып табылады ((сурет)).


Вирус құрылымы туралы төмендегі тұжырымдардың қайсысы дұрыс?

  1. Барлық вирустар вирустық мембранамен қапталған.
  2. Капсомер капсидтер деп аталатын ақуыздың шағын бөлімшелерінен тұрады.
  3. ДНҚ – барлық вирустардың генетикалық материалы.
  4. Гликопротеиндер вирустың иесі жасушаға қосылуына көмектеседі.

Нуклеин қышқылының түрлері

ДНҚ-ны генетикалық материал ретінде қолданатын барлық дерлік тірі организмдерден айырмашылығы, вирустар ДНҚ немесе РНҚ-ны пайдалана алады. Вирус өзегі геномды – вирустың жалпы генетикалық мазмұнын қамтиды. Вирустық геномдар кішкентай болып келеді, тек вирус иесі жасушадан ала алмайтын ақуыздарды кодтайтын гендерден тұрады. Бұл генетикалық материал бір немесе екі тізбекті болуы мүмкін. Ол сондай-ақ сызықтық немесе дөңгелек болуы мүмкін. Вирустардың көпшілігінде бір нуклеин қышқылы болса, басқаларының геномдары бірнеше сегменттерге бөлінген. Тұмау вирусының РНҚ геномы сегменттелген, бұл оның өзгергіштігі мен үздіксіз эволюциясына ықпал етеді және оған қарсы вакцина жасаудың неге қиын екенін түсіндіреді.

ДНҚ вирустарында вирустық ДНҚ қабылдаушы жасушаның репликация ақуыздарын вирустық геномның жаңа көшірмелерін синтездеуге және сол геномды вирустық ақуыздарға транскрипциялауға және аударуға бағыттайды. ДНҚ вирустары тудыратын адам ауруларына желшешек, В гепатиті және аденовирустар жатады. Жыныстық жолмен берілетін ДНҚ вирустарына герпес вирусы және жатыр мойны обыры мен жыныс сүйелдерімен байланысты болған адам папилломасы вирусы (HPV) жатады.

РНҚ вирустарында генетикалық материал ретінде тек РНҚ болады. Ие жасушасындағы геномдарын репликациялау үшін РНҚ вирустары РНҚ-ны РНҚ-ға немесе ретровирустарда ДНҚ-ға репликациялай алатын өздерінің ферменттерін кодтауы керек. Мыналар РНҚ-полимераза ферменттері ДНҚ-полимеразаларға қарағанда көшіру қателерін көбірек жібереді, сондықтан транскрипция кезінде жиі қателіктер жібереді. Осы себепті РНҚ вирустарындағы мутациялар ДНҚ вирустарына қарағанда жиірек кездеседі. Бұл олардың иесіне тезірек өзгеруіне және бейімделуіне әкеледі. РНҚ вирустары тудыратын адам ауруларына тұмау, С гепатиті, қызылша және құтыру жатады. Жыныстық жолмен берілетін АИТВ вирусы – РНҚ ретровирусы.

Вирустарды классификациялау мәселесі

Вирустардың көпшілігі әртүрлі ата-бабалардан пайда болғандықтан, ғалымдар прокариоттық және эукариоттық жасушаларды жіктеу үшін қолданған жүйелі әдістер өте пайдалы емес. Егер вирустар әртүрлі ағзалардың «қалдықтарын» білдірсе, онда геномдық немесе ақуызды талдау да пайдалы емес. Неліктен?, Өйткені вирустардың ортақ геномдық тізбегі жоқ. Мысалы, 16S рРНҚ тізбегі рибосомалары жоқ тіршілік иелері үшін прокариоттардың филогениясын құру үшін өте пайдалы! Биологтар бұрын бірнеше жіктеу жүйесін қолданған. Вирустар бастапқыда ортақ морфологиясы бойынша топтастырылған. Кейінірек вирустар топтары құрамындағы нуклеин қышқылының түріне қарай, ДНҚ немесе РНҚ және олардың нуклеин қышқылының бір немесе екі тізбекті болуына қарай жіктелді. Дегенмен, бұл бұрынғы жіктеу әдістері вирустарды әртүрлі топтаған, өйткені олар вирустың әр түрлі белгілерінің жиынтығына негізделген. Бүгінгі таңда ең жиі қолданылатын жіктеу әдісі Балтимордың жіктелу схемасы деп аталады және вирустың әрбір нақты түрінде хабаршы РНҚ (мРНҚ) жасалу жолына негізделген.

Бұрынғы классификация жүйелері

Вирустар оларды жіктеуге болатын бірнеше элементтерді ғана қамтиды: вирустық геном, капсид түрі және конверттелген вирустарға арналған конверт құрылымы. Бұл элементтердің барлығы бұрын вирустарды жіктеу үшін қолданылған ((сурет) және (сурет)). Вирустық геномдар генетикалық материалдың түріне (ДНҚ немесе РНҚ) және оның ұйымдастырылуына (бір немесе екі тізбекті, сызықты немесе дөңгелек және сегменттелген немесе сегменттелмеген) байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Кейбір вирустарда репликацияға қажет қосымша ақуыздар геноммен тікелей байланысты немесе вирус капсидінде болады.

  • РНҚ
  • ДНҚ
  • Құтыру вирусы, ретровирустар
  • Герпесвирустар, шешек вирусы
  • Бір жіпті
  • Екі жақты
  • Құтыру вирусы, ретровирустар
  • Герпесвирустар, шешек вирусы
  • Сызықтық
  • Дөңгелек
  • Құтыру вирусы, ретровирустар, герпесвирустар, шешек вирусы
  • Папилломавирустар, көптеген бактериофагтар
  • Сегменттелмеген: геном генетикалық материалдың бір сегментінен тұрады
  • Сегменттелген: геном бірнеше сегменттерге бөлінеді
  • Парагрипптік вирустар
  • Тұмау вирустары


Вирустарды капсидтерінің құрылымы бойынша да жіктеуге болады ((сурет) және (сурет)). Капсидтер жалаңаш икосаэдрлі, қабықшалы икосаэдрлі, қабықшалы икосаэдрлі, жалаңаш спиральды және күрделі болып жіктеледі. Вирус ядросының құрылымдарын жіктеу үшін генетикалық материалдың түрі (ДНҚ немесе РНҚ) және оның құрылымы (бір немесе екі тізбекті, сызықтық немесе дөңгелек және сегменттелген немесе сегменттелмеген) пайдаланылады ((сурет)).

Капсид құрылымы бойынша вирустардың классификациясы
Капсидтердің классификациясы Мысалдар
Жалаңаш икосаэдр Гепатит А вирусы, полиовирустар
Қапталған икосаэдр Эпштейн-Барр вирусы, қарапайым герпес вирусы, қызамық вирусы, сары безгегі вирусы, АИВ-1
Конверттелген бұрандалы Тұмау вирустары, паротит вирусы, қызылша вирусы, құтыру вирусы
Жалаңаш бұрандалы Темекі мозаикалық вирусы
Көптеген белоктардан тұратын кешен кейбіреулерінде икосаэдрлік және спираль тәрізді капсид құрылымдарының комбинациясы бар Герпесвирустар, шешек вирусы, В гепатиті вирусы, Т4 бактериофаг


Балтимор классификациясы

Ең жиі қолданылатын және қазіргі уақытта қолданылатын вирустарды жіктеу жүйесін алғаш рет 1970 жылдардың басында Нобель сыйлығының лауреаты биолог Дэвид Балтимор жасаған. Жоғарыда айтылған морфология мен генетикадағы айырмашылықтардан басқа, Балтимордың жіктелу схемасы вирустың репликативті циклі кезінде мРНҚ қалай жасалатынына қарай вирустарды топтайды.

I топтағы вирустардың геномы ретінде қос тізбекті ДНҚ (dsDNA) болады. Олардың мРНҚ-сы транскрипция арқылы жасушалық ДНҚ-дағыдай, қабылдаушы жасушаның ферменттерін пайдалана отырып жасалады.

II топ вирустарының геномы ретінде бір тізбекті ДНҚ (ssDNA) болады. Олар бір тізбекті геномдарын мРНҚ-ға транскрипция басталмас бұрын dsDNA аралық өніміне айналдырады.

III топ вирустары геномы ретінде dsRNA пайдаланады. Жіптер бөлініп, олардың біреуі вируспен кодталған РНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза көмегімен мРНҚ генерациясының үлгісі ретінде пайдаланылады.

IV топ вирустарының геномы ретінде a-мен ssRNA болады оң полярлық, бұл геномдық РНҚ тікелей мРНҚ қызметін атқара алатынын білдіреді. dsRNA-ның аралық өнімдері, деп аталады репликативті аралық өнімдер , геномдық РНҚ көшіру процесінде жасалады. Көп, толық ұзындықты РНҚ тізбегі теріс полярлық (оң тізбекті геномдық РНҚ-ға қосымша) осы аралық өнімдерден түзіледі, олар кейіннен толық ұзындықтағы геномдық РНҚ мен қысқарақ вирустық мРНҚ-ларды қоса алғанда, оң полярлығы бар РНҚ өндіру үшін үлгілер ретінде қызмет етуі мүмкін.

V топ вирустарында теріс полярлығы бар ssRNA геномдары бар, яғни олардың реттілігі мРНҚ-ға комплементарлы. IV топ вирустары сияқты, dsRNA аралық өнімдері геномның көшірмелерін жасау және мРНҚ өндіру үшін қолданылады. Бұл жағдайда теріс тізбекті геномды тікелей мРНҚ-ға айналдыруға болады. Сонымен қатар, толық ұзындықтағы оң РНҚ жіптері теріс тізбекті геномды өндіруге шаблон ретінде қызмет ету үшін жасалады.

VI топ вирустарының диплоидты (екі көшірме) ssRNA геномдары бар, олар кері транскриптаза ферментінің көмегімен dsDNA-ға түрлендірілуі керек, содан кейін dsDNA хост жасушасының ядросына тасымалданады және хост геномына енгізіледі. Содан кейін мРНҚ-ны қабылдаушы геномға біріктірілген вирустық ДНҚ-ның транскрипциясы арқылы жасауға болады.

VII топ вирустары ішінара dsDNA геномдарына ие және мРНҚ ретінде әрекет ететін ssRNA аралық өнімдерін жасайды, бірақ сонымен бірге геномның репликациясына қажетті кері транскриптаза арқылы dsDNA геномдарына қайта айналады.

Балтимор классификациясындағы әрбір топтың сипаттамалары әр топтың мысалдарымен (суретте) жинақталған.

Балтимор классификациясы
Топ Сипаттамалары мРНҚ өндірісінің режимі Мысал
I Екі тізбекті ДНҚ мРНҚ тікелей ДНҚ шаблонынан транскрипцияланады Қарапайым герпес (герпес вирусы)
II Бір тізбекті ДНҚ РНҚ транскрипцияланар алдында ДНҚ қос тізбекті түрге айналады Иттердің парвовирусы (парвовирус)
III Екі тізбекті РНҚ мРНҚ РНҚ геномынан транскрипцияланады Балалардағы гастроэнтерит (ротавирус)
IV Бір тізбекті РНҚ (+) Геном мРНҚ қызметін атқарады Қарапайым суық (пикорнавирус)
В Бір тізбекті РНҚ (-) мРНҚ РНҚ геномынан транскрипцияланады Құтыру (рабдовирус)
VI Кері транскриптазасы бар бір тізбекті РНҚ вирустары Кері транскриптаза РНҚ геномынан ДНҚ жасайды ДНҚ содан кейін иесінің геномына қосылады мРНҚ енгізілген ДНҚ-дан транскрипцияланады Адамның иммун тапшылығы вирусы (АИТВ)
VII Кері транскриптазасы бар қос тізбекті ДНҚ вирустары Вирустық геном екі тізбекті ДНҚ болып табылады, бірақ вирустық ДНҚ РНҚ аралық өнімі арқылы репликацияланады. РНҚ тікелей мРНҚ немесе мРНҚ жасау үшін үлгі ретінде қызмет ете алады. В гепатиті вирусы (гепаднавирус)

Бөлімнің қысқаша мазмұны

Вирустар - бұл әдетте тек электронды микроскоппен көруге болатын кішкентай, жасушалық емес нысандар. Олардың геномдарында ДНҚ немесе РНҚ бар (ешқашан екеуі де емес) және олар қожайын жасушасының репликация ақуыздарын пайдалану арқылы немесе вирустық геномда кодталған ақуыздарды пайдалану арқылы репликацияланады. Вирустар әртүрлі, олар археяларды, бактерияларды, саңырауқұлақтарды, өсімдіктерді және жануарларды зақымдайды. Вирустар сыртқы липидті қабықшасы бар немесе жоқ белок капсидімен қоршалған нуклеин қышқылының өзегінен тұрады. Капсидтің пішіні, конверттің болуы және өзек құрамы вирустар классификациясының кейбір элементтерін белгілейді. Ең жиі қолданылатын классификация әдісі, Балтимор классификациясы, вирустарды олардың мРНҚ-ны жасау жолына қарай жіктейді.

Өнер байланыстары

(Сурет) Вирус құрылымы туралы төмендегі тұжырымдардың қайсысы дұрыс?


Жаңа жаңалық адам жасушаларының ДНҚ-ға РНҚ тізбегін жаза алатынын көрсетеді

Жасушаларда ДНҚ-ны жаңадан пайда болған жасушаға кіретін жаңа жинаққа көшіретін механизмдер бар. Полимеразалар деп аталатын дәл осындай машиналар класы рецепттердің орталық ДНҚ репозиторийінен көшірілген жазбалар сияқты РНҚ хабарламаларын жасайды, сондықтан оларды ақуыздарға тиімдірек оқуға болады. Бірақ полимеразалар ДНҚ немесе РНҚ-ға бір бағытта жұмыс істейді деп есептелді. Бұл РНҚ хабарламаларының геномдық ДНҚ негізгі рецепт кітабына қайта жазылуына жол бермейді. Енді Томас Джефферсон университетінің зерттеушілері РНҚ сегменттерінің ДНҚ-ға қайта жазылуы мүмкін екендігінің алғашқы дәлелдерін ұсынады, бұл биологиядағы орталық догмаға қарсы шығуы мүмкін және биологияның көптеген салаларына әсер етуі мүмкін.

Ричард Померанц, PhD докторы, Томас Джефферсон университетінің биохимия және молекулалық биология кафедрасының доценті: «Бұл жұмыс бізге РНҚ хабарламаларын ДНҚ-ға түрлендіру механизмінің маңыздылығын түсінуге көмектесетін көптеген басқа зерттеулерге есік ашады», - дейді. . «Адам полимеразасы мұны жоғары тиімділікпен жасай алатындығы көптеген сұрақтарды тудырады». Мысалы, бұл қорытынды РНҚ хабарламаларын геномдық ДНҚ-ны жөндеу немесе қайта жазу үшін үлгі ретінде пайдалануға болатынын көрсетеді.

Жұмыс 11 маусымда журналда жарияланған Ғылым жетістіктері.

Бірінші автор Гурушанкар Чандрамоулымен және басқа әріптестермен бірге доктор Померанц тобы полимеразды тета деп аталатын өте ерекше полимеразаны зерттеуден бастады. Сүтқоректілердің жасушаларындағы 14 ДНҚ полимеразасының тек үшеуі ғана жасушаның бөлінуіне дайындалу үшін бүкіл геномды көбейту жұмысының негізгі бөлігін атқарады. Қалған 11-і негізінен ДНҚ тізбегінде үзіліс немесе қате болған кезде оларды анықтауға және жөндеуге қатысады. Полимераз тета ДНҚ-ны қалпына келтіреді, бірақ қатеге өте бейім және көптеген қателер немесе мутациялар жасайды. Сондықтан зерттеушілер полимеразды тетаның кейбір «жаман» қасиеттері оның басқа жасушалық құрылғымен бөлісетінін байқады, бірақ вирустарда жиі кездесетін бір нәрсе - кері транскриптаза. Пол тета сияқты, АИВ кері транскриптазасы ДНҚ-полимераза ретінде әрекет етеді, бірақ сонымен бірге РНҚ-ны байланыстырады және РНҚ-ны ДНҚ тізбегіне қайта оқи алады.

Бірқатар талғампаз эксперименттерде зерттеушілер полимеразды тетаны АҚТҚ-ның кері транскриптазасына қарсы сынады, бұл өз түрі бойынша ең жақсы зерттелгендердің бірі. Олар полимеразды тетаның РНҚ хабарламаларын ДНҚ-ға түрлендіруге қабілетті екенін көрсетті, ол оны АИТВ кері транскриптазасы сияқты жасады және ДНҚ-ны ДНҚ-ға көшіруден гөрі жақсы жұмыс жасады. Полимеразды тета тиімдірек болды және жаңа ДНҚ хабарламаларын жазу үшін РНҚ үлгісін пайдалану кезінде ДНҚ-ны ДНҚ-ға көшіруге қарағанда қателерді азайтты, бұл бұл функцияның жасушадағы негізгі мақсаты болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Топ Доктор Сяоцзян С. Ченнің USC зертханасындағы зертханасымен ынтымақтаса отырып, құрылымды анықтау үшін рентгендік кристаллографияны қолданды және бұл молекула үлкенірек РНҚ молекуласын орналастыру үшін пішінді өзгерте алатынын анықтады - бұл полимеразалар арасындағы бірегей ерлік.

«Біздің зерттеулеріміз полимераза тетасының негізгі функциясы кері транскриптаза ретінде әрекет ететінін көрсетеді», - дейді доктор Померанц. "Сау жасушаларда бұл молекуланың мақсаты РНҚ арқылы ДНҚ жөндеу болуы мүмкін. Қатерлі жасушаларда, мысалы, қатерлі ісік жасушаларында, полимераз тета жоғары дәрежеде экспрессияланады және рак клеткаларының өсуіне және есірткіге төзімділікке ықпал етеді. Бұл қалай болатынын түсіну қызықты болады. РНҚ-дағы полимераз тета белсенділігі ДНҚ-ны қалпына келтіруге және рак клеткаларының көбеюіне ықпал етеді.

Бұл зерттеуге NIH гранттары 1R01GM130889-01 және 1R01GM137124-01 және R01CA197506 және R01CA240392 қолдау көрсетті. Бұл зерттеуге Tower Cancer Research Foundation гранты да ішінара қолдау көрсетті.


Бейнені қараңыз: Нуклеиновые кислоты (Ақпан 2023).