Pergi ke kandungan

RNA pengutus

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
"Kitaran hayat" mRNA dalam sel eukariot. RNA ditranskripsikan dalam nukleus; selepas diproses, ia diangkut ke sitoplasma lalu diterjemahkan oleh ribosom sebelum diuraikan.

Dalam biologi molekul, asid ribonukleik pengutus (mRNA) ialah molekul RNA beruntai tunggal yang sepadan dengan urutan genetik gen, dan dibaca oleh ribosom dalam proses mensintesis protein.

mRNA dicipta semasa proses transkripsi, di mana enzim (RNA polimerase) menukar gen menjadi mRNA transkrip primer (juga dikenali sebagai pra-mRNA). Pra-mRNA ini biasanya masih mengandungi intron, kawasan yang tidak akan meneruskan kod untuk jujukan asid amino akhir. Ini dikeluarkan dalam proses hiris-cantum RNA lalu hanya meninggalkan ekson, kawasan yang akan mengekod protein. Urutan ekson ini membentuk mRNA matang. mRNA matang kemudiannya dibaca oleh ribosom, dan ribosom mencipta protein menggunakan asid amino yang dibawa oleh RNA pemindahan (tRNA). Proses ini dikenali sebagai terjemahan. Kesemua proses ini membentuk sebahagian daripada dogma pusat biologi molekul yang menerangkan aliran maklumat genetik dalam sistem biologi.

Seperti dalam DNA, maklumat genetik dalam mRNA terkandung dalam urutan nukleotida, yang disusun menjadi kodon yang terdiri daripada tiga ribonukleotida setiap satu. Setiap kodon kod untuk asid amino tertentu, kecuali kodon hentian yang menamatkan sintesis protein. Terjemahan kodon kepada asid amino memerlukan dua jenis RNA lain: RNA pemindah yang mengenali kodon dan menyediakan asid amino yang sepadan, dan RNA ribosom (rRNA), komponen pusat jentera pengilangan protein ribosom.

Konsep mRNA telah dibangunkan oleh Sydney Brenner dan Francis Crick pada tahun 1960 semasa perbualan dengan François Jacob. Pada tahun 1961, mRNA telah dikenal pasti dan diterangkan secara bebas oleh satu pasukan yang terdiri daripada Brenner, Jacob, dan Matthew Meselson, dan satu lagi pasukan yang diketuai oleh James Watson. Semasa menganalisis data sebagai persediaan untuk penerbitan, Jacob dan Jacques Monod mencipta nama "RNA pengutus".

Sintesis

[sunting | sunting sumber]
RNA polimerase mentranskripsikan untaian DNA untuk membentuk mRNA.

Kewujudan singkat molekul mRNA bermula dengan transkripsi, dan akhirnya berakhir dengan penguraian. Sepanjang hayatnya, molekul mRNA juga boleh diproses, disunting dan diangkut sebelum terjemahan. Molekul mRNA eukariot selalunya memerlukan pemprosesan dan pengangkutan yang meluas, manakala molekul mRNA prokariot pula tidak. Molekul mRNA eukariot serta protein yang dipasang terhadapnya bersama-sama dipanggil "ribonukleoprotein (RNP) pengutus".

Transkripsi

[sunting | sunting sumber]

Transkripsi ialah proses penyalinan RNA daripada DNA. Semasa transkripsi, RNA polimerase membuat salinan gen daripada DNA kepada mRNA mengikut keperluan. Proses ini berbeza sedikit dalam eukariot dan prokariot. Satu perbezaan yang ketara ialah RNA polimerase prokariot bersatu dengan enzim pemprosesan DNA semasa transkripsi agar pemprosesan boleh diteruskan semasa transkripsi. Oleh itu, ini menyebabkan untaian mRNA baharu berganda dua dengan terhasilnya untaian pelengkap yang dikenali sebagai untaian tRNA yang tidak dapat membentuk sebarang struktur daripada pasangan asas. Selain itu, templat mRNA ialah untaian pelengkap tRNA yang memiliki kesamaan dengan jujukan antikodon yang diikat DNA. Produk jangka pendek dan tidak/separa diproses dipanggil mRNA pelopor, atau pra-mRNA; setelah diproses sepenuhnya, ia dipanggil mRNA matang.

Pemprosesan pra-mRNA eukariot

[sunting | sunting sumber]
Gen DNA ditranskripkan menjadi pra-mRNA, dan kemudiannya diproses untuk membentuk mRNA matang lalu diterjemahkan oleh ribosom kepada protein.

Pemprosesan mRNA sangat berbeza antara eukariot, bakteria dan arkea. mRNA bukan eukariotik pada dasarnya matang selepas transkripsi dan tidak memerlukan pemprosesan, kecuali dalam kes langka.[1] Pra-mRNA eukariot pula memerlukan beberapa langkah pemprosesan sebelum diangkut ke sitoplasma dan terjemahannya oleh ribosom.

Hiris cantum

[sunting | sunting sumber]

Pemprosesan meluas pra-mRNA eukariot yang membawa kepada mRNA matang ialah hiris cantum RNA, satu mekanisme di mana intron atau outron (kawasan bukan pengekod) dikeluarkan, dan ekson (kawasan pengekod) dicantumkan.

Tambahan penutup 5'

[sunting | sunting sumber]
Struktur penutup 5'

Penutup 5' (juga dipanggil penutup RNA, penutup RNA 7-metilguanosina, atau penutup RNA m7G) ialah nukleotida guanina terubah suai yang telah ditambah di "depan" atau hujung 5' RNA pengutus eukariot tidak lama lagi selepas permulaan transkripsi. Penutup 5' terdiri daripada sisa 7-metilguanosina terminal yang disambungkan melalui ikatan 5'-5'-trifosfat terhadap nukleotida yang mula-mula ditranskripsi. Kehadirannya adalah penting dalam pengiktirafan oleh ribosom serta perlindungan daripada RNase.

Penambahan pelindung ini berganding dengan transkripsi, dan berlaku serentak dengan transkripsi, menjadikan setiap satu mempengaruhi yang lain. Tidak lama selepas permulaan transkripsi, hujung 5' mRNA yang disintesis diikat oleh kompleks pensintesis pelindung yang dipasang terhadap RNA polimerase. Kompleks enzim ini memangkinkan tindak balas kimia yang diperlukan bagi perlindungan mRNA. Sintesis berlangsung sebagai tindak balas biokimia berbilang langkah.

Penyuntingan

[sunting | sunting sumber]

Dalam sesetengah keadaan, mRNA akan disunting sampai berubahnya komposisi nukleotida mRNA. Contoh dalam manusia ialah mRNA apolipoprotein B yang disunting dalam beberapa tisu, tetapi tidak di tisu lain. Penyuntingan ini menghasilkan kodon hentian awal yang membawa kepada penghasilan protein yang lebih pendek selepas terjemahan.

Pempoliadenilan

[sunting | sunting sumber]
Pempoliadenilan

Pempoliadenilan ialah pengikatan kovalen bahagian poliadenil terhadap molekul mRNA. Dalam organisma eukariot, kebanyakan mRNA dipoliadenil di hujung 3', tetapi kajian terbaru menunjukkan bahawa bebenang pendek uridina (pengoligouridilan) juga lazim.[2] Ekor poli(A) dan protein yang terikat padanya membantu melindungi mRNA daripada penguraian eksonuklease. Pempoliadenilan juga penting dalam penamatan transkripsi, pengeluaran mRNA dari nukleus, dan terjemahan. mRNA juga boleh dipoliadenil dalam organisma prokariot, di mana ekor poli(A) bertindak untuk memudahkan penguraian eksonukleolisis.

Pempoliadenilan berlaku semasa dan/atau sejurus selepas transkripsi DNA menjadi RNA. Selepas transkripsi tamat, rantai mRNA dibelah melalui tindakan kompleks endonuklease yang bersambung dengan polimerase RNA. Selepas mRNA dibelah, sekitar 250 sisa adenosina ditambah di hujung 3' bebas di tapak belahan. Tindak balas ini dimangkinkan oleh poliadenilat polimerase. Sama seperti dalam hiris cantum alternatif, boleh ada berbilang variasi pempoliadenilan bagi satu-satu mRNA.

Mutasi tapak poliadenil juga ada. Transkrip RNA utama gen dibelah di tapak penambahan poli-A, dan 100-200 A ditambah di hujung 3' RNA. Jika tapak ini diubah, binaan mRNA yang terlalu panjang dan tidak stabil akan terbentuk.

Pengangkutan

[sunting | sunting sumber]

Satu lagi perbezaan antara eukariot dengan prokariot ialah aspek pengangkutan. Oleh kerana transkripsi dan terjemahan eukariotik dipisahkan berdasarkan ruangan, mRNA eukariot mesti dieksport dari nukleus ke sitoplasma—suatu proses yang mungkin dikawal oleh laluan isyarat yang berbeza.[3] mRNA matang diiktiraf melalui pengubahsuaian yang diproses, dan kemudian dieksport melalui liang nukleus dengan mengikat protein pengikat pelindung CBP20 dan CBP80,[4] serta kompleks transkripsi/eksport (TREX).[5][6] Pelbagai laluan eksport mRNA telah dikenal pasti dalam eukariot.[7]

Dalam sel ruangan kompleks, beberapa mRNA diangkut ke destinasi subsel tertentu. Dalam neuron matang, mRNA tertentu diangkut dari soma ke dendrit. Satu tapak terjemahan mRNA adalah di poliribosom yang disetempatkan secara khusus di bawah sinaps.[8] mRNA Arc/Arg3.1 dicetuskan oleh aktiviti sinapse, dan bersetempat secara berpilih berhampiran sinaps aktif berdasarkan isyarat yang dihasilkan oleh reseptor NMDA.[9] mRNA lain juga bergerak ke dalam dendrit sebagai tindak balas daripada rangsangan luar seperti mRNA β-aktin.[10] Bagi eksport dari nukleus, mRNA aktin dikaitkan dengan ZBP1,[11] kemudiannya dengan subunit 40S. Kompleks ini diikat oleh protein motor dan diangkut ke lokasi sasaran (sambungan neurit) di sepanjang sitoskeleton. Akhirnya, ZBP1 difosforilkan oleh Src agar terjemahan dimulakan.[12] Dalam neuron yang sedang berkembang, mRNA juga diangkut ke dalam akson yang berkembang, dan terutamanya kon pertumbuhan. Banyak mRNA ditandakan dengan "poskod" yang menyasarkan pengangkutan mereka ke lokasi tertentu.[13][14] mRNA juga boleh dipindahkan antara sel mamalia melalui struktur yang dipanggil nanotiub terowong.[15][16]

Terjemahan

[sunting | sunting sumber]
Terjemahan mRNA menjadi protein

Oleh kerana mRNA prokariot tidak perlu diproses atau diangkut, terjemahan oleh ribosom boleh bermula serta-merta selepas tamat transkripsi. Oleh itu, boleh dikatakan bahawa terjemahan prokariotik bergandingan dengan transkripsi, dan berlaku serentak.

MRNA eukariot yang telah diproses dan diangkut ke sitoplasma (yakni mRNA matang) kemudiannya boleh diterjemahkan oleh ribosom. Terjemahan mungkin berlaku pada ribosom bebas dalam sitoplasma, atau diarahkan ke retikulum endoplasma oleh zarah pengecaman isyarat. Oleh itu, tidak seperti dalam prokariot, terjemahan eukariotik tidak bergandingan secara langsung dengan transkripsi. Malah, mungkin dalam beberapa konteks, paras mRNA yang berkurangan disertai dengan peningkatan paras protein seperti yang telah diperhatikan dalam paras mRNA/protein EEF1A1 dalam kanser payudara.[17]

Struktur

[sunting | sunting sumber]
Struktur mRNA eukariot matang. mRNA yang diproses sepenuhnya termasuk penutup 5', 5' UTR, kawasan pengekodan, 3' UTR dan ekor poli(A).

Kawasan pengekod

[sunting | sunting sumber]

Kawasan pengekod terdiri daripada kodon, yang dinyahkod lalu diterjemahkan kepada protein oleh ribosom; dalam eukariot, biasanya menjadi satu protein, dan berbilang protein dalam prokariot. Kawasan pengekod bermula dengan kodon permulaan dan berakhir dengan kodon hentian. Secara umum, kodon permulaan ialah triplet AUG dan kodon henti ialah UAG ("ambar"), UAA ("oker"), atau UGA ("opal"). Kawasan pengekod cenderung untuk distabilkan oleh pasangan bes dalaman; ini menghalang penguraian.[18][19] Selain sebagai pengekod protein, bahagian kawasan pengekod boleh berfungsi sebagai jujukan kawal atur dalam pra-mRNA sebagai penguat atau penyenyap hiris cantum ekson.

Kawasan tidak diterjemah

[sunting | sunting sumber]
Struktur am mRNA eukariot, menunjukkan struktur UTR 5' dan 3'.

Wilayah tidak diterjemahkan (UTR) ialah bahagian mRNA sebelum kodon permulaan dan selepas kodon hentian yang tidak diterjemahkan, dan terbahagi kepada wilayah tidak diterjemahkan prima lima (5' UTR) dan prima tiga (3' UTR). Kawasan ini ditranskripkan dengan kawasan pengekod, dan oleh itu, ialah ekson kerana ia hadir dalam mRNA matang. Beberapa peranan dalam ekspresi gen telah dikaitkan dengan kawasan yang tidak diterjemahkan, termasuk kestabilan mRNA, penyetempatan mRNA, dan kecekapan terjemahan. Keupayaan UTR untuk melaksanakan fungsi ini bergantung pada jujukan UTR, dan boleh berbeza antara mRNA. Variasi genetik dalam 3' UTR juga telah terlibat dalam kerentanan penyakit kerana perubahan dalam struktur RNA dan terjemahan protein.[20]

Kestabilan mRNA mungkin dikawal oleh UTR 5' dan/atau 3' disebabkan oleh pertalian yang berbeza-beza terhadap enzim pengurai RNA, ribonuklease, dan protein sampingan yang boleh menggalakkan atau menghalang penguraian RNA.

Kecekapan terjemahan, termasuk kadangkala perencatan lengkap terjemahan, boleh dikawal oleh UTR. Protein yang mengikat sama ada UTR 3' atau 5' boleh menjejaskan terjemahan dengan mempengaruhi keupayaan ribosom untuk mengikat mRNA. Mikro-RNA yang terikat di UTR 3' juga boleh menjejaskan kecekapan terjemahan atau kestabilan mRNA.

Penyetempatan sitoplasma mRNA dianggap sebagai fungsi UTR 3'. Protein yang diperlukan di kawasan tertentu sel juga boleh diterjemahkan di sana; dalam kes sedemikian, UTR 3' mungkin mengandungi jujukan yang membenarkan transkrip disetempatkan ke rantau ini bagi terjemahan.

Beberapa unsur yang terkandung dalam kawasan tidak diterjemahkan membentuk struktur sekunder yang khas apabila ditranskripsikan ke dalam RNA. Unsur-unsur mRNA struktur ini terlibat dalam mengawal atur mRNA. Sesetengahnya seperti unsur SECIS ialah sasaran pengikatan protein. Satu kelas unsur mRNA, ribosuis, mengikat molekul kecil secara langsung, menukar lipatannya untuk mengubah suai tahap transkripsi atau terjemahan. Dalam kes ini, mRNA mengawal dirinya sendiri.

Ekor poli(A)

[sunting | sunting sumber]

Ekor 3' poli(A) (poliadenina) ialah jujukan panjang nukleotida adenina (selalunya beberapa ratus) yang ditambah di hujung 3' pra-mRNA. Ekor ini menggalakkan eksport daripada nukleus dan terjemahan, dan melindungi mRNA daripada terurai.

mRNA monosistron dan polisistron

[sunting | sunting sumber]

Molekul mRNA dikatakan "monosistron" apabila ia mengandungi maklumat genetik untuk menterjemahkan hanya satu rantai protein. Ini adalah kes bagi kebanyakan mRNA eukariot.[21][22] Sebaliknya, mRNA "polisistron" membawa beberapa bingkai bacaan terbuka (ORF) yang masing-masing diterjemahkan ke dalam polipeptida. Polipeptida ini biasanya mempunyai fungsi berkaitan (ia selalunya merupakan subunit yang menyusun protein kompleks akhir), dan urutan pengekodannya dikumpulkan dan dikawal bersama dalam kawasan kawal atur yang mengandungi promoter dan operator. Kebanyakan mRNA yang terdapat dalam bakteria dan arkea adalah polisistron,[21] dan termasuk juga genom mitokondrion manusia.[23] MRNA "disistron" hanya mengekodkan dua protein.

Pengkitaran mRNA

[sunting | sunting sumber]
Pengkitaran dan kawal atur mRNA

Dalam eukariot, molekul mRNA membentuk struktur membulat oleh kerana interaksi antara protein pengikat eIF4E dan poli(A) yang kedua-duanya mengikat eIF4G, lalu membentuk jambatan mRNA-protein-mRNA.[24] Pengkitaran dianggap menggalakkan kitaran ribosom di mRNA yang membawa kepada terjemahan yang cekap masa, dan mungkin juga berfungsi untuk memastikan hanya mRNA yang utuh diterjemahkan (mRNA yang separa terurai tidak mempunyai pelindung m7G ekor poli-A).[25]

Mekanisme pengkitaran lain wujud, terutamanya dalam mRNA virus. MRNA poliovirus menggunakan bahagian daun semanggi ke arah hujung 5' untuk mengikat PCBP2 yang mengikat protein pengikat poli(A), membentuk bulatan mRNA-protein-mRNA lazim. Virus kerdil kuning barli mengikat antara segmen mRNA di hujung 5' dan 3' (dipanggil gelung batang bercium), mengkitarkan mRNA tanpa penglibatan protein.

Genom virus RNA (helaian positif yang diterjemahkan sebagai mRNA) juga biasanya membulat.[26] Semasa replikasi genom, pengkitaran bertindak untuk meningkatkan kelajuan replikasi genom, mengitar RNA polimerase bergantungan RNA virus sama seperti ribosom yang dihipotesiskan berkitaran.

Penguraian

[sunting | sunting sumber]

MRNA yang berbeza dalam sel yang sama mempunyai jangka hayat (kestabilan) yang berbeza. Dalam sel bakteria, mRNA individu boleh bertahan dari beberapa saat hingga lebih daripada satu jam. Walau bagaimanapun, purata seumur hidup adalah dari 1 hingga 3 minit, menjadikan mRNA bakteria kurang stabil daripada mRNA eukariot.[27] Dalam sel mamalia, jangka hayat mRNA adalah dari beberapa minit hingga beberapa hari.[28] Lebih tinggi kestabilan mRNA, lebih banyak protein boleh dihasilkan daripada mRNA tersebut. Jangka hayat mRNA yang terhad membolehkan sel mengubah sintesis protein dengan cepat sebagai tindak balas kepada perubahan keperluannya. Terdapat banyak mekanisme yang membawa kepada pemusnahan mRNA, beberapa daripadanya diterangkan di bawah.

Penguraian prokariot

[sunting | sunting sumber]
Gambaran keseluruhan laluan penguraian mRNA dalam domain kehidupan berbeza.

Dalam prokariot secara amnya, jangka hayat mRNA adalah lebih pendek daripada dalam eukariot. Prokariot menguraikan pengutus dengan menggunakan gabungan ribonuklease, termasuk endonuklease dan eksonuklease 3' serta 5'. Dalam sesetengah keadaan, molekul RNA kecil (sRNA) berpuluh hingga ratusan nukleotida panjang boleh merangsang penguraian mRNA tertentu melalui pasangan bes dengan jujukan pelengkap dan memudahkan pembelahan ribonuklease oleh RNase III. Baru-baru ini, ada pemerhatian bahawa bakteria juga mempunyai sejenis penutup 5' yang terdiri daripada trifosfat pada hujung 5'.[29] Penyingkiran dua fosfat meninggalkan monofosfat 5', menyebabkan pengutus pengurai oleh eksonuklease RNase J yang mengurai 5' hingga 3'.

Perolehan mRNA eukariot

[sunting | sunting sumber]

Di dalam sel eukariotik, terdapat keseimbangan antara proses terjemahan dan pereputan mRNA. Mesej yang sedang diterjemahkan secara aktif terikat oleh ribosom, faktor permulaan eukariot eIF-4E dan eIF-4G, dan protein pengikat poli(A). eIF-4E dan eIF-4G menyekat enzim penyahlindung (DCP2), dan protein pengikat poli(A) menyekat kompleks eksosom untuk melindungi hujung pengutus. Keseimbangan antara terjemahan dan penguraian dicerminkan dalam saiz dan kelimpahan struktur sitoplasma yang dikenali sebagai badan P.[30] Ekor poli(A) mRNA dipendekkan oleh eksonuklease khusus yang disasarkan kepada RNA pengutus tertentu dengan gabungan jujukan kawal atur cis pada RNA dan protein pengikat RNA bertindak balas. Pembuangan ekor poli(A) dianggap mengganggu struktur kitaran pengutus dan menjejaskan kestabilan kompleks pengikat penutup. Mesej itu kemudiannya tertakluk kepada penguraian oleh sama ada kompleks eksosom atau penyahlindung. Dengan cara ini, pengutus tidak aktif dalam terjemahan boleh cepat dimusnahkan, manakala mesej aktif kekal utuh. Mekanisme penghentian penterjemahan dan penyerahan pengutus kepada kompleks penguraian masih tidak difahami secara terperinci.

Pereputan unsur kaya AU

[sunting | sunting sumber]

Kehadiran unsur kaya AU dalam beberapa mRNA mamalia cenderung untuk mengganggu kestabilan transkrip melalui tindakan protein sel yang mengikat jujukan ini, dan merangsang penyingkiran ekor poli(A). Kehilangan ekor poli(A) dianggap menggalakkan penguraian mRNA dengan memudahkan serangan oleh kedua-dua kompleks eksosom[31] dan penyahlindung.[32] Penguraian mRNA yang pantas melalui unsur kaya AU ialah mekanisme kritikal untuk mencegah pengeluaran sitokin kuat berlebihan seperti faktor nekrosis tumor (TNF) dan faktor perangsang koloni granulosit-makrofaj (GM-CSF).[33] Unsur kaya AU juga mengawal biosintesis faktor transkripsi protoonkogen seperti c-Jun dan c-Fos.[34]

Pereputan dibantu bukan deria

[sunting | sunting sumber]

Pengutus eukariot tertakluk kepada kawal atur oleh pereputan dibantu bukan deria (NMD) yang memeriksa kehadiran kodon hentian pramatang (kodon bukan deria) dalam mesej. Ini boleh timbul melalui penyambungan tidak lengkap, penggabungan semula V(D)J dalam sistem imun suaian, mutasi DNA, ralat transkripsi, pengimbasan kebocoran oleh ribosom yang menyebabkan anjakan bingkai, dan punca lain. Pengesanan kodon hentian pramatang mencetuskan penguraian mRNA dengan penyahlindungan 5', penyingkiran ekor poli(A) 3' atau pembelahan endonukleolisis.[35]

RNA pengganggu kecil (siRNA)

[sunting | sunting sumber]

Dalam metazoa, RNA pengganggu kecil (siRNA) yang diproses oleh Dicer digabungkan ke dalam kompleks yang dikenali sebagai kompleks penyenyapan cetusan RNA atau RISC. Kompleks ini mengandungi endonuklease yang memotong mesej pelengkap sempurna yang mengikat siRNA. Serpihan mRNA yang terhasil kemudiannya dimusnahkan oleh eksonuklease. siRNA biasanya digunakan dalam makmal untuk menyekat fungsi gen dalam kultur sel. Ia dianggap sebagai sebahagian daripada sistem imun semula jadi sebagai pertahanan terhadap virus RNA dwiuntaian.[36]

Mikro-RNA (miRNA)

[sunting | sunting sumber]

Mikro-RNA (miRNA) ialah RNA kecil yang biasanya separa pelengkap kepada urutan dalam RNA pengutus metazoa.[37][38] Pengikatan miRNA terhadap pengutus boleh menekan terjemahan pengutus lalu memcepatkan penyingkiran ekor poli(A) lalu memcepatkan degradasi mRNA. Mekanisme tindakan miRNA ialah subjek penyelidikan aktif.[39][40]

Mekanisme penguraian lain

[sunting | sunting sumber]

Terdapat cara lain di mana mesej boleh direndahkan, termasuk penguraian tanpa henti dan penyenyapan oleh RNA interaksi Piwi (piRNA), antara lain.

Aplikasi

[sunting | sunting sumber]

Pemberian jujukan RNA pengutus diubah suai nukleosida boleh menyebabkan sel membuat protein, yang seterusnya boleh merawat penyakit secara langsung atau boleh berfungsi sebagai vaksin; secara tidak langsung, protein boleh memacu sel tunjang endogen untuk membezakan dengan cara yang diingini.[41][42]

Cabaran utama terapi RNA berpusat pada penghantaran RNA ke sel yang sesuai.[43] Cabaran termasuk fakta bahawa jujukan RNA terdedah secara semula jadi terurai selepas penyediaan; ia boleh mencetuskan sistem imun badan untuk menyerang mereka sebagai penceroboh; dan ia tidak telap terhadap membran sel.[42] Sebaik sahaja berada di dalam sel, ia mesti meninggalkan mekanisme pengangkutan sel untuk mengambil tindakan dalam sitoplasma yang menempatkan ribosom yang diperlukan.[41]

Mengatasi cabaran ini, mRNA pertama kali dikemukakan sebagai terapeutik pada 1989 "selepas pembangunan teknik pemindahan in vitro yang boleh digunakan secara meluas."[44] Pada tahun 1990-an, vaksin mRNA untuk kanser diperibadikan telah dibangunkan, dan bergantung kepada mRNA bukan diubah suai nukleosida. Terapi berasaskan mRNA terus disiasat sebagai kaedah rawatan atau terapi untuk kedua-dua kanser serta penyakit autoimun, metabolisme dan keradangan pernafasan. Terapi penyuntingan gen seperti CRISPR juga mungkin mendapat manfaat daripada menggunakan mRNA untuk mendorong sel untuk menghasilkan protein Cas yang dikehendaki.[45]

Sejak tahun 2010-an, vaksin RNA dan terapeutik RNA lain telah dianggap sebagai "kelas ubat baharu."[46] Vaksin berasaskan mRNA pertama menerima kebenaran terhad dan telah dilancarkan di seluruh dunia semasa pandemik COVID-19 oleh vaksin Pfizer–BioNTech COVID-19 dan Moderna, contohnya.[47] Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan 2023 telah dianugerahkan kepada Katalin Karikó dan Drew Weissman sempena pembangunan vaksin mRNA yang berkesan terhadap COVID-19.[48][49][50]

Sejarah

[sunting | sunting sumber]

Beberapa kajian biologi molekul pada tahun 1950-an menunjukkan bahawa RNA memainkan beberapa jenis peranan dalam sintesis protein, tetapi peranan itu tidak difahami dengan jelas. Sebagai contoh, dalam salah satu laporan terawal, Jacques Monod dan pasukannya menunjukkan bahawa sintesis RNA diperlukan untuk sintesis protein, khususnya semasa penghasilan enzim β-galaktosidase dalam bakteria E. coli.[51] Arthur Pardee juga menemui pengumpulan RNA yang serupa pada tahun 1954.[52] Pada tahun 1953, Alfred Hershey, June Dixon, dan Martha Chase menerangkan DNA yang mengandungi sitosina tertentu (menunjukkan ia merupakan RNA) yang hilang dengan cepat selepas sintesisnya dalam E. coli.[53] Jika dilihat semula, ini mungkin merupakan salah satu pemerhatian pertama tentang kewujudan mRNA, tetapi ia tidak diiktiraf pada masa itu.[54]

Idea mRNA mula-mula dicetuskan oleh Sydney Brenner dan Francis Crick pada 15 April 1960 di King's College, Cambridge, sementara François Jacob memberitahu mereka tentang eksperimen baru-baru ini yang dijalankan oleh Arthur Pardee, dirinya sendiri dan Monod (yang dipanggil eksperimen PaJaMo, yang tidak membuktikan mRNA wujud tetapi mencadangkan kemungkinan kewujudannya). Dengan galakan Crick, Brenner dan Jacob segera menguji hipotesis baharu ini, dan mereka menghubungi Matthew Meselson di Institut Teknologi California untuk mendapatkan bantuan. Semasa musim panas 1960, Brenner, Jacob, dan Meselson menjalankan eksperimen di makmal Meselson di Caltech, dan merupakan uji kaji pertama yang membuktikan kewujudan mRNA. Pada waktu itu, Jacob dan Monod mencipta nama "RNA pengutus" dan membangunkan rangka kerja teori pertama untuk menerangkan fungsinya.[54]

Pada Februari 1961, James Watson mendedahkan bahawa kumpulan penyelidikannya yang berpangkalan di Harvard telah berada tepat di belakang mereka dengan satu siri eksperimen yang hasilnya menunjukkan arah yang hampir sama. Brenner dan yang lain bersetuju dengan permintaan Watson untuk menangguhkan penerbitan penemuan penyelidikan mereka. Akibatnya, artikel Brenner dan Watson diterbitkan serentak dalam isu Nature yang sama pada Mei 1961, manakala pada bulan yang sama, Jacob dan Monod menerbitkan rangka kerja teori mRNA mereka dalam Journal of Molecular Biology.[54]

Rujukan

[sunting | sunting sumber]
  1. ^ Watson JD (February 22, 2013). Molecular Biology of the Gene, 7th edition. Pearson Higher Ed USA. ISBN 9780321851499.
  2. ^ "Widespread RNA 3'-end oligouridylation in mammals". RNA. 18 (3): 394–401. March 2012. doi:10.1261/rna.029306.111. PMC 3285928. PMID 22291204.
  3. ^ "Regulation of mRNA export by the PI3 kinase/AKT signal transduction pathway". Molecular Biology of the Cell. 24 (8): 1208–1221. April 2013. doi:10.1091/mbc.E12-06-0450. PMC 3623641. PMID 23427269.
  4. ^ "The Arabidopsis CBP20 targets the cap-binding complex to the nucleus, and is stabilized by CBP80". The Plant Journal. 59 (5): 814–825. September 2009. doi:10.1111/j.1365-313X.2009.03915.x. PMID 19453442.
  5. ^ "TREX is a conserved complex coupling transcription with messenger RNA export". Nature. 417 (6886): 304–308. May 2002. Bibcode:2002Natur.417..304S. doi:10.1038/nature746. PMID 11979277.
  6. ^ "Roles of the TREX complex in nuclear export of mRNA". RNA Biology. 6 (2): 149–152. 27 October 2014. doi:10.4161/rna.6.2.8046. PMID 19229134.
  7. ^ "Genome analysis reveals interplay between 5'UTR introns and nuclear mRNA export for secretory and mitochondrial genes". PLOS Genetics. 7 (4): e1001366. April 2011. doi:10.1371/journal.pgen.1001366. PMC 3077370. PMID 21533221.
  8. ^ "Preferential localization of polyribosomes under the base of dendritic spines in granule cells of the dentate gyrus". The Journal of Neuroscience. 2 (3): 284–291. March 1982. doi:10.1523/JNEUROSCI.02-03-00284.1982. PMC 6564334. PMID 7062109.
  9. ^ "Selective targeting of newly synthesized Arc mRNA to active synapses requires NMDA receptor activation". Neuron. 30 (1): 227–240. April 2001. doi:10.1016/s0896-6273(01)00275-6. PMID 11343657.
  10. ^ "Localization and translation of mRNA in dendrites and axons". Nature Reviews. Neuroscience. 2 (12): 889–898. December 2001. doi:10.1038/35104069. PMID 11733796.
  11. ^ "Real-time visualization of ZBP1 association with beta-actin mRNA during transcription and localization". Current Biology. 13 (3): 199–207. February 2003. Bibcode:2003CBio...13..199O. doi:10.1016/s0960-9822(03)00044-7. PMC 4765734. PMID 12573215.
  12. ^ "Spatial regulation of beta-actin translation by Src-dependent phosphorylation of ZBP1". Nature. 438 (7067): 512–515. November 2005. Bibcode:2005Natur.438..512H. doi:10.1038/nature04115. PMID 16306994. Unknown parameter |displayauthors= ignored (bantuan)
  13. ^ "RNA localization: different zipcodes, same postman?". Trends in Cell Biology. 8 (10): 381–383. October 1998. doi:10.1016/s0962-8924(98)01348-8. PMC 2136761. PMID 9789325.
  14. ^ "Transport and localization elements in myelin basic protein mRNA". The Journal of Cell Biology. 138 (5): 1077–1087. September 1997. doi:10.1083/jcb.138.5.1077. PMC 2136761. PMID 9281585.
  15. ^ "Intercellular mRNA trafficking via membrane nanotube-like extensions in mammalian cells". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (46): E9873–E9882. November 2017. Bibcode:2017PNAS..114E9873H. doi:10.1073/pnas.1706365114. PMC 5699038. PMID 29078295.
  16. ^ "RNA transfer through tunneling nanotubes". Biochemical Society Transactions. 49 (1): 145–160. February 2021. doi:10.1042/BST20200113. PMID 33367488.
  17. ^ "Contradictory mRNA and protein misexpression of EEF1A1 in ductal breast carcinoma due to cell cycle regulation and cellular stress". Scientific Reports. 8 (1): 13904. September 2018. Bibcode:2018NatSR...813904L. doi:10.1038/s41598-018-32272-x. PMC 6141510. PMID 30224719.
  18. ^ "A periodic pattern of mRNA secondary structure created by the genetic code". Nucleic Acids Research. 34 (8): 2428–2437. 2006. doi:10.1093/nar/gkl287. PMC 1458515. PMID 16682450.
  19. ^ "Widespread selection for local RNA secondary structure in coding regions of bacterial genes". Genome Research. 13 (9): 2042–2051. September 2003. doi:10.1101/gr.1257503. PMC 403678. PMID 12952875.
  20. ^ "IFNL3 mRNA structure is remodeled by a functional non-coding polymorphism associated with hepatitis C virus clearance". Scientific Reports. 5: 16037. November 2015. Bibcode:2015NatSR...516037L. doi:10.1038/srep16037. PMC 4631997. PMID 26531896.
  21. ^ a b "Comparison of initiation of protein synthesis in procaryotes, eucaryotes, and organelles". Microbiological Reviews. 47 (1): 1–45. March 1983. doi:10.1128/MMBR.47.1.1-45.1983. PMC 281560. PMID 6343825.
  22. ^ "Synexpression groups in eukaryotes". Nature. 402 (6761): 483–487. December 1999. Bibcode:1999Natur.402..483N. doi:10.1038/990025. PMID 10591207.
  23. ^ "The human mitochondrial transcriptome". Cell. 146 (4): 645–658. August 2011. doi:10.1016/j.cell.2011.06.051. PMC 3160626. PMID 21854988.
  24. ^ "Circularization of mRNA by eukaryotic translation initiation factors". Molecular Cell. 2 (1): 135–140. July 1998. CiteSeerX 10.1.1.320.5704. doi:10.1016/S1097-2765(00)80122-7. PMID 9702200.
  25. ^ "Protein synthesis in eukaryotes: the growing biological relevance of cap-independent translation initiation". Biological Research. 38 (2–3): 121–146. 2005. doi:10.4067/S0716-97602005000200003. PMID 16238092.
  26. ^ "Viral Circular RNAs and Their Possible Roles in Virus-Host Interaction". Frontiers in Immunology. 13: 939768. 2022. doi:10.3389/fimmu.2022.939768. PMC 9247149 Check |pmc= value (bantuan). PMID 35784275 Check |pmid= value (bantuan).
  27. ^ Lewin B, Krebs JE, Kilpatrick ST, Goldstein ES, penyunting (2011). Lewin's genes X (ed. 10th). Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett. ISBN 9780763766320. OCLC 456641931.
  28. ^ "Structural and functional analysis of an mRNP complex that mediates the high stability of human beta-globin mRNA". Molecular and Cellular Biology. 21 (17): 5879–5888. September 2001. doi:10.1128/mcb.21.17.5879-5888.2001. PMC 87307. PMID 11486027.
  29. ^ "The bacterial enzyme RppH triggers messenger RNA degradation by 5' pyrophosphate removal". Nature. 451 (7176): 355–358. January 2008. Bibcode:2008Natur.451..355D. doi:10.1038/nature06475. PMID 18202662.
  30. ^ "P bodies and the control of mRNA translation and degradation". Molecular Cell. 25 (5): 635–646. March 2007. doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011. PMID 17349952.
  31. ^ "AU binding proteins recruit the exosome to degrade ARE-containing mRNAs". Cell. 107 (4): 451–464. November 2001. doi:10.1016/S0092-8674(01)00578-5. PMID 11719186.
  32. ^ "Multiple processing body factors and the ARE binding protein TTP activate mRNA decapping". Molecular Cell. 20 (6): 905–915. December 2005. doi:10.1016/j.molcel.2005.10.031. PMID 16364915.
  33. ^ "A conserved AU sequence from the 3' untranslated region of GM-CSF mRNA mediates selective mRNA degradation". Cell. 46 (5): 659–667. August 1986. doi:10.1016/0092-8674(86)90341-7. PMID 3488815.
  34. ^ "AU-rich elements: characterization and importance in mRNA degradation". Trends in Biochemical Sciences. 20 (11): 465–470. November 1995. doi:10.1016/S0968-0004(00)89102-1. PMID 8578590.
  35. ^ "Quality control of eukaryotic mRNA: safeguarding cells from abnormal mRNA function". Genes & Development. 21 (15): 1833–1856. August 2007. doi:10.1101/gad.1566807. PMID 17671086.
  36. ^ "The evolution of RNAi as a defence against viruses and transposable elements". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 364 (1513): 99–115. January 2009. doi:10.1098/rstb.2008.0168. PMC 2592633. PMID 18926973.
  37. ^ Robert E. Farrell, Jr. RNA Methodologies, 5th Edition. Academic Press, 2017
  38. ^ "Principles of microRNA-target recognition". PLOS Biology. 3 (3): e85. March 2005. doi:10.1371/journal.pbio.0030085. PMC 1043860. PMID 15723116.
  39. ^ Tasuku Honjo, Michael Reth, Andreas Radbruch, Frederick Alt. Molecular Biology of B Cells, 2nd Edition. Academic Press, 2014 (including "updated research on microRNAs")
  40. ^ "Deadenylation is a widespread effect of miRNA regulation". RNA. 15 (1): 21–32. January 2009. doi:10.1261/rna.1399509. PMC 2612776. PMID 19029310.
  41. ^ a b "Tools for translation: non-viral materials for therapeutic mRNA delivery". Nature Reviews Materials. 2 (10): 17056. 12 September 2017. Bibcode:2017NatRM...217056H. doi:10.1038/natrevmats.2017.56.
  42. ^ a b "RNA-Based Therapeutics and Vaccines". Genetic Engineering News. September 15, 2015.
  43. ^ "Advances in the delivery of RNA therapeutics: from concept to clinical reality". Genome Medicine. 9 (1): 60. June 2017. doi:10.1186/s13073-017-0450-0. PMC 5485616. PMID 28655327.
  44. ^ "Developing mRNA-vaccine technologies". RNA Biology. 9 (11): 1319–30. November 2012. doi:10.4161/rna.22269. PMC 3597572. PMID 23064118.
  45. ^ "The mRNA revolution: How COVID-19 hit fast-forward on an experimental technology". New Atlas (dalam bahasa Inggeris). 2021-04-23. Dicapai pada 2021-04-26.
  46. ^ "mRNA-based therapeutics–developing a new class of drugs.", Nature Reviews Drug Discovery (dalam bahasa Inggeris), 13 (10): 759–780, 2014, doi:10.1093/nar/gku757, PMC 4176373, PMID 25150148
  47. ^ "The clinical progress of mRNA vaccines and immunotherapies". Nature Biotechnology. 40 (6): 840–854. June 2022. doi:10.1038/s41587-022-01294-2. PMID 35534554 Check |pmid= value (bantuan).
  48. ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2023". NobelPrize.org (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2023-10-03.
  49. ^ "Hungarian and US scientists win Nobel for COVID-19 vaccine discoveries". Reuters (dalam bahasa Inggeris). 2023-10-02. Dicapai pada 2023-10-03.
  50. ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2023". NobelPrize.org (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2023-10-03.
  51. ^ "La cinétique de la biosynthèse de la β-galactosidase chez E. coli considérée comme fonction de la croissance". Biochimica et Biophysica Acta (dalam bahasa Perancis). 9 (6): 648–660. 1952. doi:10.1016/0006-3002(52)90227-8. PMID 13032175.
  52. ^ "Nucleic Acid Precursors and Protein Synthesis". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 40 (5): 263–270. May 1954. Bibcode:1954PNAS...40..263P. doi:10.1073/pnas.40.5.263. PMC 534118. PMID 16589470.
  53. ^ "Nucleic acid economy in bacteria infected with bacteriophage T2. I. Purine and pyrimidine composition". The Journal of General Physiology. 36 (6): 777–789. July 1953. doi:10.1085/jgp.36.6.777. PMC 2147416. PMID 13069681.
  54. ^ a b c "Who discovered messenger RNA?". Current Biology. 25 (13): R526–R532. 29 June 2015. Bibcode:2015CBio...25.R526C. doi:10.1016/j.cub.2015.05.032. PMID 26126273.
Diambil daripada "https://ms.wikipedia.org/w/index.php?title=RNA_pengutus&oldid=6129044"