안티센스 RNA

Antisense RNA
This figure demonstrates an antisense RNA is complementary to its sense transcript.
AsRNA는 유전자의 뒤떨어진 가닥에서 전사되며, 특정 mRNA 또는 감지 전사물과 상보적이다.

Antisense RNA(asRNA), 또한 안티 센스 transcript,[1]천연 안티 센스 성적표나 안티 센스(NAT)[2][3][4]oligonucleotide,[5]은 외가닥 RNA, 그것 hybridizes 단백질 법전화 메신저 RNA(mRNA)을 것이고, 따라서 단백질로 번역본을 차단하는 경우 상호 보완적이다.asRNAs(자연스럽게 발생한다) 와 f언급한둘 다 pr에 ound오카리오테스와 진핵생물은 [1]짧은(<200 뉴클레오티드)과 긴(>200 뉴클레오티드) 비코드 RNA(ncRNA)[4]로 분류할 수 있다.asRNA의 주요 기능은 유전자 발현을 조절하는 것이다. asRNA는 또한 합성적으로 생성될 수 있으며 유전자 녹다운을 위한 연구 도구로서 널리 사용되고 있다.그것들은 또한 치료적 [6][1][4]응용이 있을 수 있다.

의약품 개발의 발견과 역사

주요 기사:안티센스 요법

최초의 ASRNA 중 일부는 기능성 단백질을 조사하는 동안 발견되었다.예를 들어 micF asRNA가 있습니다.E.coli에서 외막 포린 옴피(oorin ompC)를 특징짓는 동안 관찰된 일부 옴피 프로모터 클론은 옴피(ompF)와 같은 다른 막 포린의 발현을 억제할 수 있었다.이 억제 기능을 담당하는 영역은 OmpC 프로모터 업스트림의 300 base-pair 궤적임이 판명되었습니다.이 300개의 염기쌍 영역은 ompF mRNA의 5' 말단과 순서대로 70% 상동성이며, 따라서 이 300개의 염기쌍 궤적의 전사체는 ompF mRNA와 상동성이었다. 나중에 micF로 표기된 이 전사체는 oMPF의 asRNA로 밝혀졌으며, oMPF의 발현 하에서 하향 조절이 가능한 것으로 밝혀졌다.FmpF mRNA.[2] 이것은 ompF mRNA의 분해를 유도한다.

micF RNA가 우연히 발견되는 것과 달리, 대부분의 asRNA는 작은 조절 RNA에 대한 게놈 전체 검색과 전사체 분석에 의해 발견되었다.일반적으로 첫 번째 단계는 asRNA의 알려진 특성에 기초한 계산 예측을 포함한다.계산 검색 중에는 부호화 영역이 제외됩니다.RNA 구조를 보존하고 고아 프로모터 및 Rho 독립 터미네이터 역할을 할 것으로 예상되는 영역은 분석 중에 선호됩니다.컴퓨터 검색은 유전자 간 영역에 집중되기 때문에 부호화 유전자의 반대쪽 가닥에서 전사된 asRNA는 이 방법을 사용하면 놓치기 쉽다.부호화 영역에서 전사된 asRNA를 검출하기 위해 올리고뉴클레오티드 마이크로어레이를 사용할 수 있다.본 방법에서는 부호화 유전자의 한쪽 또는 양쪽 가닥을 프로브로서 사용할 수 있다.컴퓨터 검색 및 마이크로어레이 외에도 일부 asRNA는 cDNA 클론의 염기서열 분석과 프로모터 [7]요소 매핑을 통해 발견되었다.위에서 언급한 접근법의 많은 발견들이 많은 가능한 asRNA를 발생시켰지만, 추가 기능 테스트를 통해 실제 asRNA로 증명된 것은 극소수였다.잘못된 양성 결과의 수를 최소화하기 위해, 최근 몇 년간의 새로운 접근법은 가닥 특이적 전사, 염색질 결합 비부호화 RNA 및 단세포 [1]연구에 초점을 맞추고 있다.

약물 표적으로 asRNA의 아이디어는 1978년 자멕닉과 스티븐슨이 바이러스 복제와 단백질 합성을 억제할 수 있는 Rous 스카코마 바이러스의 바이러스 RNA에 대한 안티센스 올리고뉴클레오티드를 발견하면서 시작되었다.그 이후 약물 후보로서의 asRNA 개발에 많은 노력을 기울였다.1998년 최초의 ASRNA 약물인 포미비르센이 FDA에 의해 승인되었다.21개의 염기쌍올리고뉴클레오티드인 포미비르센은 에이즈 환자의 사이토메갈로바이러스 망막염을 치료하기 위해 개발되었다.그것은 바이러스의 전사된 mRNA를 목표로 하여 결과적으로 사이토메갈로바이러스의 복제를 억제함으로써 작용한다.포미비르센은 시장 상실로 인해 2004년에 중단되었지만, 약물 표적 또는 약물 [5]후보로서 asRNA를 사용한 성공적이고 고무적인 사례로 작용했다.

치료제로 asRNA를 사용하는 또 다른 예는 2013년 FDA에 의해 승인된 미포머센이다.미포머센은 희귀한 상염색체 우성 유전 질환인 호모 접합성 가족성 고콜레스테롤(HoFH) 환자의 저밀도 지질단백질 콜레스테롤(LDL) 수치를 관리하기 위해 개발되었다.HoFH의 총 콜레스테롤(650–1000mg/dL)과 LDL 수용체(600mg/dL 이상)가 높기 때문에 HoFH 환자는 관상동맥 심장병에 걸릴 위험이 높다.단백질 apo-B-100은 매우 저밀도 리포단백(VLDL) 및 LDL을 생성하는 데 필요한 것으로 판명되었기 때문에 미포머센은 apo-B-100의 mRNA와 상보하여 RNAse H 의존성 열화를 목표로 한다.궁극적으로 미포머센은 LDL의 [8]수치를 낮출 수 있다.

여러 종에 걸친 예

처음 발견된 asRNA는 플라스미드, 박테리오파지, 박테리아를 포함한 원핵생물이었다.예를 들어 플라스미드 ColE1에서 RNAI라고 하는 asRNA는 복제를 제어함으로써 플라스미드 복사수를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.ColE1의 복제는 RNA II라는 이름의 프라이머 RNA의 전사에 의존합니다.RNA II가 전사되면 DNA 템플릿으로 교배되고 나중에 RNase H에 의해 분해됩니다.asRNA RNA I의 존재 하에서 RNA I 및 RNA II는 RNA II의 구조 변화를 가져오는 이중화를 형성한다.따라서 RNA II는 DNA 템플릿과 교배할 수 없으며, 이로 인해 ColE1의 복사수가 낮아진다.박테리오파지 P22에서 asRNA sar는 [9]Ant의 발현을 제어함으로써 용해 사이클과 용원 사이클의 조절을 돕는다.원핵생물에서 발현되는 것 외에도, asRNA는 식물에서도 발견되었다.식물에서 asRNA 조절의 가장 잘 설명된 예는 Flinging Locus C(FLC) 유전자에 관한 것입니다.아라비도시스 탈리아나의 FLC 유전자는 꽃의 전이를 유발하는 유전자의 발현을 막는 전사인자를 암호화한다.한랭 환경에서는 COOLAIR라고 하는 FLC 유전자의 asRNA가 발현되어 염색질 수식을 통해 FLC의 발현을 억제하고 결과적으로 [10]개화를 가능하게 한다.포유동물 세포에서 asRNA 조절의 전형적인 예는 X염색체 불활성화이다.asRNA인 Xist는 [3]X염색체의 헤테로크로마틴화를 초래하는 폴리콤 억제 복합체 2(PRC2)를 모집할 수 있다.

분류

안티센스 RNA는 다른 방법으로 분류될 수 있다.조절 메커니즘의 관점에서, 일부 저자는 asRNA를 RNA-DNA 상호작용, 핵 또는 세포질에서의 RNA-RNA 상호작용 및 RNA-단백질 상호작용(유전자)[3]으로 그룹화한다.안티센스 RNA는 asRNA의 발현을 개시하는 프로모터의 유형(독립 프로모터, 공유 쌍방향 프로모터 또는 암호 프로모터)에 따라 분류할 수 있습니다.길이 측면에서는 일반적으로 lncRNA로 분류되지만 길이가 200개 미만인 짧은 asRNA가 있다.asRNA의 조절 메커니즘은 종에 고유한 것으로 판명되었기 때문에 [1]asRNA는 종별로 분류할 수도 있다.asRNA를 분류하는 일반적인 방법 중 하나는 asRNA가 표적 유전자에 상대적으로 전사되는 것이다: cis-acting 및 trans-acting.

시스 작용

참고 항목: Cis-natural 안티센스 스크립트

표적유전자의 반대편 가닥에서 표적유전자의 궤적에서 시스작용의 asRNA를 전사한다.그들은 종종 표적 유전자와 높은 정도 또는 완전한 상보성을 보인다.cis 작용 asRNA가 mRNA를 타겟팅하여 유전자 발현을 조절하면 개별 mRNA만을 타겟팅할 수 있으며, 타겟팅 mRNA와의 상호작용 시 cis 작용 asRNA는 리보솜 결합을 차단하거나 RNAase를 모집하여 타겟팅 mRNA를 분해할 수 있다.따라서 이들 cis-acting asRNA의 기능은 표적 mRNA의 [2]변환을 억제하는 것이다.mRNA를 표적으로 하는 시스 작용 asRNA 외에 시스 작용 후생유전자 소음기 및 활성제가 있다.안티센스 RNA는 Entamoeba histolytica의 LINE1-ORF2 도메인의 번역을 억제하는 것으로 나타났다.그러나 시스 작용인지 트랜스 [11]작용인지는 아직 확인되지 않았다.

후생유전학적 변형 측면에서 시스 작용은 후생유전학적 변화가 전사되는 위치 주변의 후생유전학적 변화를 조절하는 이러한 asRNA의 특성을 의미한다.개별 mRNA를 대상으로 하는 대신, 이러한 시스 작용 후생유전조절기는 전사위치와 인접 [3]유전자 모두에 영향을 미칠 수 있는 크로마틴 수식효소를 모집할 수 있다.

트랜스액션

트랜스액티브한 asRNA는 표적유전자에서 원위치에 있는 위치로부터 전사된다.시스 작용성 ASRNA와 달리 표적 유전자에 대한 상보성은 낮지만 시스 작용성 ASRNA보다 길 수 있다.여러 개의 위치를 목표로 할 수도 있습니다.이러한 반응성 asRNA의 특성 때문에, 그것들은 표적 전달물과 함께 덜 안정적인 복합체를 형성하며, 때때로 그들의 기능을 발휘하기 위해 Hfq와 같은 RNA 샤페론 단백질의 도움을 필요로 한다.반응하는 asRNA의 복잡성으로 인해, 현재 이들은 덜 약화된 대상으로 [2]간주되고 있다.

기능.

'전생조절:' AsRNA는 DNA메틸전달효소(DNT)를 모집하여 DNA메틸화를 유도할 수 있으며, b) AsRNA는 히스톤메틸전달효소(HMT)를 모집하여 히스톤메틸화를 유도할 수 있다.다른 스플라이스 바리안트(mRNA V2)를 차단함으로써 특정 스플라이스 바리안트(mRNA V1)를 차단합니다.'전사 후 규제:' e) AsRNA-mRNA 듀플렉스는 리보솜의 mRNA 결합을 차단하거나 RNase H를 모집하여 mRNA를 분해할 수 있으며, 이 메커니즘에 의해 asRNA는 mRNA의 변환을 직접적으로 억제한다.

후생적 조절

asRNA의 많은 예는 후생유전자변형을 통한 전사개시에 대한 억제효과를 보여준다.

DNA메틸화

DNA 메틸화는 특정 유전자의 장기적인 하향 조절을 초래할 수 있다.asRNA 유도 DNA 메틸화를 통한 기능성 단백질의 억제는 여러 사람의 질병에서 발견되었다.헤모글로빈의 수치가 낮아져 [12]조직 내 산소 부족으로 이어지는 혈액장애의 일종인 알파탈라세미아 클래스에서 헤모글로빈 알파1 유전자(HBA1)는 HBA1에 대한 RNA로서 기능하는 추정 RNA결합단백질 Luc7라이크(LUC71)의 이상전사에 의해 다운조절되어 HBA1의 [1]프로모터를 유도한다.또 다른 예는 종양 억제 유전자 p15의 소음이다.급성 림프아구성 백혈병 및 급성 골수성 백혈병에서 CDKN2B라고도 불리는 INK4b.이 소음 효과를 담당하는 asRNA는 INK 궤적(ANRIL)에 있는 안티센스 비부호화 RNA로, p15를 암호화하는 것과 동일한 궤적으로 표현된다.잉크4b[3]

히스톤 수식
주요 기사:히스톤 수식

진핵세포에서 DNA는 히스톤에 의해 촘촘히 채워진다.히스톤에 대한 수정은 유전자 발현 변화를 더욱 유도할 수 있는 DNA와의 상호작용을 변화시킬 수 있다.히스톤 메틸화의 생물학적 결과는 상황에 따라 다르다.일반적으로 히스톤 메틸화는 유전자 억제로 이어지지만 유전자 활성화도 [13]가능하다.증거에 따르면 히스톤 메틸화는 asRNA에 의해 유도될 수 있다.예를 들어 ANRIL은 DNA 메틸화를 유도하는 능력 외에 히스톤 메틸화(H3K27me)를 유도하는 폴리콤 억제 복합체(PRC2)를 모집함으로써 CDKN2B의 인접 유전자인 CDKN2A를 억제할 수 있다.또 다른 전형적인 예는 [1]XIST에 의한 X염색체 불활성화이다.

ANRIL 유도 후생유전자변형은 후생유전자조절 [3]작용의 한 예이다.또한 안티센스 RNA에 의한 크로마틴 수식은 양쪽 모두 트랜스작용을 할 수 있다.예를 들어 포유동물에서 asRNA HOTAIR는 호메오박스C(HOXC) 궤적에서 전사되지만 H3K27을 퇴적시켜 HOXD를 침묵시키는 HOC2를 모집한다.HOTAIR는 원발성 [1]유방종양에서 많이 발현된다.

동시전사규제

DNA메틸화 및 히스톤메틸화 등의 후생유전학적 조절은 전사의 개시를 억제함으로써 유전자 발현을 억제할 수 있다.그러나 때때로 유전자 억제는 전사 과정을 조기에 종료하거나 느리게 함으로써 달성될 수 있다.AsRNA는 이 수준의 유전자 조절에 관여할 수 있다.예를 들어 복잡한 RNA 중합효소가 존재하는 세균세포 또는 진핵세포에서는 같은 궤적에서 쌍방향 전사가 중합효소 충돌을 일으켜 전사가 종료될 수 있다.약한 전사 중에 중합효소 충돌이 일어날 가능성이 거의 없는 경우에도 중합효소 일시정지가 발생하여 연장을 저해하고 유전자 억제로 이어질 수 있다.그 예 중 하나는 asRNA RME2에 의한 IME4 유전자의 억제이다.동시 전사에 영향을 주는 또 다른 방법은 스플라이싱을 차단하는 것입니다.인간의 대표적인 예는 전사 억제제인 E-카데린을 코드하는 아연 손가락 E-박스 결합 호메오박스 2 유전자(ZEB2)이다.ZEB2 mRNA를 효율적으로 번역하려면 5' 말단에서 mRNA의 인트론에 내부 리보솜 진입부위(IRES)가 있어야 한다.ZEB2의 asRNA가 발현됨으로써 스플라이싱 부위를 마스킹하고 mRNA에서 IRES를 유지하여 E-cadherin의 효율적인 합성을 얻을 수 있다.마지막으로 asRNA 발현 수준에 따라 센스 전사체의 다른 아이소폼을 생성할 수 있다.따라서 asRNA 의존적 조절은 ON/OFF 메커니즘에 국한되지 않고 미세한 톤 제어 [1]시스템을 제공합니다.

전사 후 규정

asRNA에 의한 직접 사후 전사 변조는 mRNA가 asRNA에 의해 직접 표적이 되는 것을 의미하므로 번역에 영향을 미친다.이러한 유형의 asRNA의 일부 특성은 작용 asRNA와 작용 asRNA에 설명된다.이 메커니즘은 타겟팅 mRNA와 그 asRNA가 같은 세포에 동시에 존재해야 하기 때문에 상대적으로 빠르다.cis-acting asRNA에 기술된 바와 같이 mRNA-asRNA 쌍은 리보솜 진입을 차단하고 RNase H 의존적 열화를 초래할 수 있다.전체적으로 mRNA 표적화 asRNA는 억제효과가 가장 [1]풍부하며 감각 mRNA의 변환을 활성화하거나 억제할 수 있다.

치료 가능성

규제 요소로서, asRNA는 약물 표적으로 고려되어야 할 많은 이점을 가지고 있다.우선 asRNA는 전사, 전사 후 및 후생유전학적 변형을 포함한 다단계에서 유전자 발현을 조절한다.둘째, 시스 작용성 asRNA는 배열 특이적이며 표적유전자와의 [1]상보성이 높다.셋째, asRNA의 발현 수준은 대상 mRNA에 비해 매우 작기 때문에 소량의 asRNA만 있으면 효과를 볼 수 있다.약물 표적에 있어서,[4] 이것은 효과를 위해 적은 용량만 요구되기 때문에 큰 이점을 나타낸다.

최근 몇 년 동안 유전자 발현을 증가시키기 위해 위치 특이적인 방법으로 asRNA를 목표로 하는 아이디어는 많은 관심을 끌고 있다.약물 개발의 특성으로 인해, 약물이 하향 조절제 또는 억제제 역할을 하는 것이 항상 더 쉽다.하지만, 종양 억제 유전자, 신경 보호 성장 인자, 특정 멘델 장애에서 침묵으로 발견되는 유전자와 같은 유전자 발현을 활성화하거나 상향 조정할 수 있는 약물을 개발할 필요가 있다.현재 부족한 유전자 발현 또는 단백질 기능을 회복하는 접근법에는 효소 치환 치료, 마이크로RNA 치료 및 기능성 cDNA 전달이 포함된다.하지만, 각각 몇 가지 단점이 있다.예를 들어 효소 치환 치료에 사용되는 합성 단백질은 내인성 단백질의 전체 기능을 모방할 수 없는 경우가 많다.또한, 효소 대체 요법은 평생의 의무이며 환자에게 큰 경제적 부담을 지웁니다.asRNA의 궤적 특이성과 많은 질병에서 asRNA 발현 변화의 증거 때문에, 항고라고 불리는 단일 가닥 올리고뉴클레오티드를 설계하려는 시도가 있었다.NATs, asRNA를 억제하고 궁극적으로 특정 유전자 [4]발현을 증가시킨다.

약물 표적 또는 약물 후보로서의 asRNA의 약속에도 불구하고,[14] 해결해야 할 몇 가지 과제가 남아 있다.우선 asRNA와 antago는NAT은 RNase 또는 기타 분해 효소에 의해 쉽게 분해될 수 있습니다.치료용 올리오고뉴클레오티드의 분해를 방지하기 위해 일반적으로 화학적 변형이 필요하다.올리고뉴클레오티드에 대한 가장 일반적인 화학적 변형은 [5]등뼈에 포스포로티오산 결합을 추가하는 것이다.단, 포스포티오산염 수식은 소염성일 수 있다.포스포티오산염 수식 올리고뉴클레오티드를 국소 주입한 후 발열, 오한 또는 메스꺼움을 포함한 부작용이 관찰되었다.둘째, 표적에서 벗어난 독성 또한 큰 문제를 나타낸다.내인성 ASRNA의 궤적 특이적 특성에도 불구하고, 10~50%만이 합성 올리고뉴클레오티드를 대상으로 기대 효과를 보였다.이 문제의 원인 중 하나는 타깃시퀀스와 RNase H에 의해 인식되는 asRNA의 구조에 대한 요건이 높기 때문입니다.단일 미스매치는 2차 구조의 왜곡을 초래하여 타깃오프 [4]효과로 이어질 수 있습니다.마지막으로, 인공 ASRNA는 세포 내 [5]흡수가 제한적인 것으로 나타났다.비록 뉴런과 글리아가 벗은 반센스 올리고뉴클레오티드를 자유롭게 흡수할 수 있는 능력을 가지고 있는 것으로 보여졌지만, 바이러스나 지질 소포와 같은 추적 가능한 운반체는 여전히 세포 내 농도와 [4]신진대사를 조절하고 모니터링하는 데 이상적일 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i j k Pelechano V, Steinmetz LM (December 2013). "Gene regulation by antisense transcription". Nature Reviews. Genetics. 14 (12): 880–893. doi:10.1038/nrg3594. PMID 24217315. S2CID 2152962.
  2. ^ a b c d Saberi F, Kamali M, Najafi A, Yazdanparast A, Moghaddam MM (2016-07-28). "Natural antisense RNAs as mRNA regulatory elements in bacteria: a review on function and applications". Cellular & Molecular Biology Letters. 21: 6. doi:10.1186/s11658-016-0007-z. PMC 5415839. PMID 28536609.
  3. ^ a b c d e f Magistri M, Faghihi MA, St Laurent G, Wahlestedt C (August 2012). "Regulation of chromatin structure by long noncoding RNAs: focus on natural antisense transcripts". Trends in Genetics. 28 (8): 389–396. doi:10.1016/j.tig.2012.03.013. PMC 3768148. PMID 22541732.
  4. ^ a b c d e f g Wahlestedt C (June 2013). "Targeting long non-coding RNA to therapeutically upregulate gene expression". Nature Reviews. Drug Discovery. 12 (6): 433–446. doi:10.1038/nrd4018. PMID 23722346. S2CID 288163.
  5. ^ a b c d Kole R, Krainer AR, Altman S (January 2012). "RNA therapeutics: beyond RNA interference and antisense oligonucleotides". Nature Reviews. Drug Discovery. 11 (2): 125–140. doi:10.1038/nrd3625. PMC 4743652. PMID 22262036.
  6. ^ Weiss B, Davidkova G, Zhou LW (March 1999). "Antisense RNA gene therapy for studying and modulating biological processes". Cellular and Molecular Life Sciences. 55 (3): 334–358. doi:10.1007/s000180050296. PMID 10228554. S2CID 9448271.
  7. ^ Thomason MK, Storz G (2010). "Bacterial antisense RNAs: how many are there, and what are they doing?". Annual Review of Genetics. 44 (1): 167–188. doi:10.1146/annurev-genet-102209-163523. PMC 3030471. PMID 20707673.
  8. ^ Wong E, Goldberg T (February 2014). "Mipomersen (kynamro): a novel antisense oligonucleotide inhibitor for the management of homozygous familial hypercholesterolemia". P & T. 39 (2): 119–122. PMC 3956393. PMID 24669178.
  9. ^ Simons RW (December 1988). "Naturally occurring antisense RNA control—a brief review". Gene. 72 (1–2): 35–44. doi:10.1016/0378-1119(88)90125-4. PMID 2468573.
  10. ^ Ietswaart R, Wu Z, Dean C (September 2012). "Flowering time control: another window to the connection between antisense RNA and chromatin". Trends in Genetics. 28 (9): 445–453. doi:10.1016/j.tig.2012.06.002. PMID 22785023.
  11. ^ Kaur, Devinder; Agrahari, Mridula; Singh, Shashi Shekhar; Mandal, Prabhat Kumar; Bhattacharya, Alok; Bhattacharya, Sudha (2021). "Transcriptomic analysis of Entamoeba histolytica reveals domain-specific sense strand expression of LINE-encoded ORFs with massive antisense expression of RT domain". Plasmid. 114: 102560. doi:10.1016/j.plasmid.2021.102560. PMID 33482228.
  12. ^ "alpha thalassemia". Genetics Home Reference. NIH U.S. National Library of Medicine. 14 November 2017.
  13. ^ Whetstine JR (2010). "Histone Methylation". Handbook of Cell Signaling (Second ed.). pp. 2389–2397. doi:10.1016/b978-0-12-374145-5.00287-4. ISBN 978-0-12-374148-6.
  14. ^ Weiss, B. (ed.) : Antisense Oligodeoxynucleotides and Antisense RNA : 새로운 약리 및 치료제, CRC Press, Boca Raton, FL, 1997.