4. Некодирующие рнк

Некодирующие РНК (non-coding RNA, ncRNA) — это молекулы РНК, которые не транслируются в белки. Ранее использовавшийся синоним, малые РНК (smRNA, small RNA), в настоящее время не используется, так как некоторые некодирующие РНК могут быть очень большими, например, Xist.

Последовательность ДНК, на которой транскрибируются некодирующие РНК, часто называют РНК-геном.

1. Некодирующие РНК включают в себя молекулы РНК, которые выполняют очень важные функции в клетке — транспортные РНК (тРНК), рибосомные РНК (рРНК), малые ядрышковые РНК ( мякРНК, snoRNA), малые ядерные РНК (мяРНК), микроРНК (MicroRNA, miRNA), малые интерферирующие РНК (siRNA). Последние транскриптомные технологии (секвенирование РНК) и методы ДНК-микрочипов предполагают наличие более 30000 длинных некодирующих РНК (англ. longncRNA). Примерно такое же количество малых регуляторных РНК содержится в геноме мыши.

Наиболее изученными из некодирующих РНК являются транспортные РНК (тРНК) и рибосомные РНК (рРНК).

Остановимся подробнее на малых ядрышковых РНК, малых ядерных РНК, микро РНК, малых интерферирующих РНК.

Малые ядрышковые РНК (мякРНК, англ. snoRNA) — класс малых РНК, участвующих в химических модификациях (метилировании и псевдоуридилировании) рибосомных РНК, а также тРНК и малых ядерных РНК.

Малые ядерные РНК (мяРНК) – участвуют в сплайсинге мРНК, обозначая начало и конец интрона.

МикроРНК(англ. MicroRNA, miRNA) представляют собой некодирующие РНК длиной 21—22 нуклеотида, принимающие участие в регуляции экспрессии генов. МикроРНК связываются со специфическими последовательностями мРНК в 3'-нетранслируемой области и вызывают ингибирование трансляции либо удаление поли(А)-хвоста.

Ма́лые интерфери́рующие РНК или короткие интерферирующие РНК (англ. siRNA, smallinterfering RNA) — это класс двухцепочечных РНК, длиной 20-25 нуклеотидов. Малые интерферирующие РНК принимают участие в процессах РНК-интерференции (англ. RNAi), понижая экспрессию специфических генов.

Малые интерферирующие РНК принимают участие в реакциях РНК-интерференции, например, в противовирусных реакциях и поддержании структуры хроматина. Молекулярные механизмы данных взаимодействий в настоящее время исследуются, в частности, была предложена гипотеза участия малых РНК в РНК-зависимом метилировании ДНК.

РНК-интерференция (англ. RNA interference, RNAi) — процесс подавления экспрессии гена на стадии транскрипции, трансляции, деаденилирования или деградации мРНК при помощи малых молекул РНК. Обеспечивает посттранскрипционный сайленсинг генов. Малые интерферирующие РНК комплементарно связываясь с мРНК образуют двухцепочечные шпильки на мРНК, тем самым блокируя процесс трянсляции.

Значение РНК-интерференции

• Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов

• Защита от вирусов

• Подавление активности мобильных генетических элементов

• Метилирование ДНК

Биоинформатика в медицине и фармации

В ХХ веке широкое распространение получили новые науки с суффиксом «омики».

Так, например, разделы функциональной геномики (изучает работу генома) дали начало новым наукам:

Транскриптом – совокупность всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке, в каком-то органе или ткани.

Наука - Транскриптомика – изучает условия транскрипции, проводит анализ всех молекул РНК в клетке.

Протеом – полный перечень белков, которые присутствуют в разных клетках и тканях человека в каждый момент времени.

Наука - протеомика исследует синтез и функции всех белков клетки.

Метаболом - совокупность небольших молекул-метаболитов, которые можно найти в клетке, ткани или целом организме.

Наука - Метаболомика – изучает функции небольших молекул-метаболитов организма человека и животных.

Инциденталом (incidentalome) – случайно обнаруженная информация.

Наука - Инциденталомика – исследует случайно обнаруженные последовательности нуклеотидов в геноме человека, определяет их функции (не транскрибируемая ДНК).

На основании результатов исследований данных наук в последнее время становится очень популярной наука биоинформатика (системная биология) — отделившаяся ветвь молекулярной биологии, позволяющая рассмотреть, изучить и систематизировать глобальную картину биологии.

Биоинформатика (bioinformatics) - быстро развивающаяся отрасль информатики (теории информации), занимающаяся теоретическими вопросами хранения и передачи информации в биологических системах.

Основными разделами биоинформатики являются компьютерная геномика , решающая проблемы расшифровки генетических "текстов", хранящихся в последовательностях нуклеотидов ДНК (РНК), и метабономика , исследующая организацию метаболизма клетки и его управления со стороны генома. Важное значение для развития основных разделов биоинформатики имеет создание компьютерных баз данных по молекулярной биологии, обеспечивающих геномику и метабономику необходимыми для их развития экспериментальными данными в достаточном количестве и удобной для использования форме.

К биоинформатике часто относят также информационные службы, обеспечивающую накопление, хранение и использование приобретаемых наукой знаний о биологических системах.

Таким образом, целью биоинформатики является, накопление биологических знаний в форме, обеспечивающей их наиболее эффективное использование, построение и анализ математических моделей биологических систем и их элементов.

Информация о строении материальных элементов, обеспечивающих функционирование организма хранится в последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК), образующей его геном. Установление нуклеотидных последовательностей ДНК геномов организмов производиться методом секвенирования.

Биоинформатика – аналог молекулярной биологии с той лишь разницей, что молекулярная биология занимается научными исследованиями а пробирке, а биоинформатика – при помощи мощных компьютерных систем. О скорости таких вычислений, думаю, не стоит и говорить.

Биоинформатика очень легко влилась в фармакологию. Она дает возможность по структуре макромолекулы очень быстро найти гены-мишени и создать новые лекарственные препараты, позволяя снизить срок проектирования препарата с 5–6 лет до нескольких месяцев, а также интегрировалась во многие другие медицинские и биологические науки.

В связи со всеми этими фактами биоинформатика сегодня активно изучается и применяется на практике, очень охотно спонсируется инвесторами.

Лекция 3

Молекулярная диагностика и прогнозирование риска развития наследственной патологии человека

План лекции:

1. Методы секвенирования ДНК.

2. Гены предрасположенности.

3. Генетическое тестирование.

4. Генная карта, или генетический паспорт.

5. Практические приложения.

6. Проблемы и опасения.

7. Что можно ждать от геномных исследований в ближайшие 40 лет?