Dicer

Dicer, auch Endoribonuklease Dicer bekannt oder Helicase mit RNase-Motiv ist ein Enzym, das beim Menschen durch die DICER1 Gen kodiert. Als Teil der Familie RNase III, Dicer spaltet doppelsträngige RNA und Pre-microRNA in kurze doppelsträngige RNA-Fragmente genannt small interfering RNA und microRNA auf. Diese Fragmente sind ungefähr 20-25 Basenpaaren mit einer zwei Basen-Überhang am 3'-Ende. Dicer erleichtert die Aktivierung der RNA-induced silencing complex, die für RNA-Interferenz ist. RISC hat eine katalytische Komponente argonaute, das eine Endonuklease, die einen Abbau Boten-RNA ist.

Erkenntnis

Dicer erhielt seinen Namen im Jahr 2001 von Emily Bernstein, ein Doktorand in Greg Hannon Labor in Cold Spring Harbor Laboratory, der die zur Erzeugung von kleinen RNA-Fragmente aus doppelsträngigen RNA verantwortliche Enzym zu entdecken, ergangen. Dicer Fähigkeit zur Erzeugung von ~ 22-Nukleotid-RNA-Fragmenten wurde durch Abtrennen von der RISC-Enzym-Komplex nach dem Einleiten der RNAi mit dsRNA Transfektion entdeckt. Dieses Experiment zeigte, daß RISC nicht zur Erzeugung der beobachtbaren kleinen Nukleotidfragmente verantwortlich. Nachfolgende Experimente Tests RNase III Familie Enzyme Fähigkeiten, um RNA-Fragmente erstellen verengt die Suche auf CG4792, jetzt unter dem Namen Dicer Drosophila.

Dicer Orthologe sind in vielen anderen Organismen vorhanden. In dem Moos Physcomitrella patens DCL1b, einer von vier DICER Proteine, ist nicht im miRNA-Biogenese, sondern in Würfeln miRNA Ziel Transkripte beteiligt. Somit wurde ein neuartiger Mechanismus zur Regulierung der Genexpression, die epigenetische Silencing von Genen durch miRNAs, entdeckt wurde.

In Bezug auf die Kristallstruktur, war der erste Organismus, erkundet zu werden von Protozoen Giardia intestinalis Dicer. A PAZ-Domäne und zwei RNase III-Domänen wurden durch Röntgenkristallographie entdeckt. Es wird auch angemerkt, dass die Proteinmenge beträgt 82 kDa, während es in der Größe größer in anderen Organismen ist. Beispielsweise ist es 219 kDa bei Menschen. Der Größenunterschied von Mensch zu Giardia intestinalis Dicer ist auf mindestens fünf innerhalb der menschlichen Dicer vorliegenden unterschiedlichen Domänen. Diese Domänen in Dicer Aktivitätsregulation, dsRNA-Verarbeitung und die RNA-Interferenz Proteinfaktor Funktionieren wichtig.

Funktionelle Domänen

Klassifizierung menschlichen Dicer ist als Ribonuclease III ist mit der Tatsache, dass es sowohl Helikase und PAZ Domänen enthält verdanken. Zusätzlich zu diesen Domänen enthält hsDicer vier anderen funktionellen Domänen: zwei RNaseIII Domänen und zwei doppelsträngigen RNA-Bindungsdomänen.

Die aktuelle Forschung schlägt der PAZ-Domäne zu binden vermögen 2 Nucleotid 3'-Überhang von dsRNA während die RNaseIII katalytischen Domänen bilden einen Pseudo-Dimer um die dsRNA zu einer Spaltung der Stränge zu initiieren. Dies führt zu einer funktionellen Verkürzung der dsRNA-Strang. Der Abstand zwischen den PAZ und RNaseIII Domänen wird durch den Winkel des Verbinders Helix bestimmt und beeinflusst die Länge des Mikro-RNA-Produkt. Die dsRBD Domäne bindet die dsRNA, obwohl die spezifische Bindungsstelle der Domäne nicht definiert wurde. Es ist möglich, dass diese Domäne arbeitet als Teil eines Komplexes mit anderen Regulatorproteine, um die RNaseIII Domains effektiv zu positionieren und damit die Kontrolle der Spezifität der sRNA Produkte. Die Funktionen der Helikase und ist unbekannt.

Rolle bei der RNA-Interferenz

Micro-RNA

RNA-Interferenz ist ein Prozess, bei dem der Abbau von RNA-Molekülen in miRNA hemmt Genexpression von spezifischen Wirts mRNA-Sequenzen. miRNA innerhalb der Zelle ausgehend von der Grund miRNA im Kern erzeugt wird. Diese langen Sequenzen werden in kleineren Vorläufer miRNA, die in der Regel 70 Nukleotiden mit einer Haarnadelstruktur gespalten. Pri-miRNA durch DGCR8 identifiziert und durch Drosha gespalten, um die pre-miRNA bilden. Diese pre-miRNA werden dann von Dicer zur reifen miRNA bilden.

Small interfering RNA

Small interfering RNA werden in einer ähnlichen Weise zu miRNA durch Spaltung von doppelsträngiger RNA mit Dicer in kleinere Fragmente 21 bis 23 Nucleotide lang hergestellt und Funktion. Beide miRNAs und siRNAs aktivieren Sie die RNA-induced silencing complex, der die komplementäre Ziel-mRNA-Sequenz und spaltet die RNA mit RNase findet. Dies wiederum zum Schweigen bringt den bestimmten Gens durch RNA-Interferenz. siRNAs und miRNAs unterscheiden sich durch die Tatsache, dass siRNAs sind typischerweise spezifisch für die mRNA-Sequenz, während miRNAs sind nicht vollständig komplementär zur mRNA-Sequenz. MiRNAs können mit Zielen, die ähnliche Sequenzen, die Übersetzung verschiedener Gene hemmt interagieren. Im Allgemeinen ist die RNA-Interferenz ein wesentlicher Teil der normalen Prozesse innerhalb Organismen wie Menschen, und es ist ein Bereich, der als ein diagnostisches und therapeutisches Mittel für Krebs Targets erforscht.

Krankheit

Makula-Degeneration

Altersbedingte Makuladegeneration ist eine prominente Ursache für Erblindung in den entwickelten Ländern. Rolle Dicer ist bei dieser Erkrankung zeigte sich, nachdem entdeckt wurde, daß betroffenen Patienten zeigten verringerte Niveaus von Dicer in ihrer retinalen Pigmentepithels. Mäuse, die mit Dicer ausgeschlagen, fehlt Dicer nur in der RPE, zeigten ähnliche Symptome. Aber auch andere Mäuse ohne wichtige RNAi-Weg Proteine ​​wie Drosha und Pascha, hatte keine Symptome der Makuladegeneration als Dicer-Knockout-Mäusen. Diese Beobachtung legte nahe, ein Dicer spezifische Rolle in retinalen Gesundheit, die eine Funktion si / miRNA Erzeugung unabhängig von der RNAi-Weg war und somit nicht. Eine Form von RNA genannt Alu RNA) wurde gefunden, daß bei Patienten mit unzureichender Dicer-Spiegel erhöht werden. Diese nicht kodierenden RNA-Stränge können Schleifenbildungs ​​dsRNA-Strukturen, die durch Dicer in einer gesunden Netzhaut verschlechtert werden würde. Bei ungenügender Dicer Ebenen, die Anhäufung von alu RNA führt jedoch zu einer Degeneration der RPE als Folge der Entzündung.

Krebs

Veränderte miRNA-Expressionsprofile in bösartigen Krebsarten deuten auf eine zentrale Rolle der miRNA und damit dicer bei der Krebsentstehung und Prognose. miRNAs als Tumorsuppressoren fungieren und damit deren veränderte Expression in der Tumorentstehung führen. In der Analyse der Lungen-und Eierstockkrebs, schlechte Prognose und verringerte Patientenüberlebenszeiten korrelieren mit verringert dicer und Drosha Ausdruck. Verminderte dicer mRNA-Spiegel korrelieren mit fortgeschrittenen Tumorstadium. Jedoch hohe Dicer Expression in anderen Krebsarten wie Prostata und Ösophagus, wurde gezeigt, dass mit einer schlechten Prognose für den Patienten korrelieren. Diese Diskrepanz zwischen Krebsarten schlägt einzigartige RNAi regulatorischen Prozesse mit dicer unterscheiden zwischen verschiedenen Tumorarten.

Dicer ist auch in der DNA-Reparatur beteiligt. DNA-Schaden erhöht sich in Säugerzellen mit einer verringerten Dicer Expression als Folge der verringerten Effizienz der DNA-Schäden zu reparieren und andere Mechanismen. Zum Beispiel kann siRNA von Doppelstrangbrüchen als Führungen für Proteinkomplexe in der Doppelstrangbruch-Reparatur beteiligten Mechanismen wirken und auch direkte Chromatinmodifikationen. Zusätzlich ändern miRNAs Expressionsmuster als Ergebnis der DNA-Schädigung durch ionisierende oder ultraviolette Strahlung. RNAi-Mechanismen sind für die Transposon-Silencing und in ihrer Abwesenheit verantwortlich, wie wenn Dicer wird / niedergeschlagen, kann aktiviert Transposons, die DNA-Schäden verursachen führen. Anreicherung von DNA-Schäden in Zellen mit onkogenen Mutationen und damit der Entwicklung eines Tumors führen.

Virale Pathogenese

Infektion durch RNA-Viren können die RNAi-Kaskade auslösen. Es ist wahrscheinlich, dicer ist in virale Immunität als Viren, die beide Pflanzen- und Tierzellen enthalten Proteine ​​entwickelt, um die RNAi-Reaktion hemmen infizieren beteiligt. Beim Menschen sind die Viren HIV-1, Influenza und Vaccinia so zu kodieren, RNAi Unterdrückungsproteinen. Die Inhibition der Dicer wirkt sich positiv auf das Virus als dicer der Lage ist, die virale dsRNA zu spalten und laden Sie das Produkt auf RISC was zu gezielten Abbau von viraler mRNA; damit im Kampf gegen die Infektion. Ein weiterer möglicher Mechanismus für die virale Pathogenese ist die Blockade der Dicer als eine Möglichkeit, zelluläre miRNA Wege inhibieren.

Bei den Insekten

Insekten besitzen die Fähigkeit, Dicer als wirksame antivirale nutzen. Dieser Befund ist besonders bedeutsam, da die Stechmücken sind für die Übertragung von vielen Viruserkrankungen einschließlich der potenziell tödlichen Arboviren verantwortlich West Nile-Virus, Dengue-Fieber und Gelbfieber. Während Mücken, genauer gesagt die Art Aedes aegypti, als Vektoren für diese Viren dienen, sind sie nicht die beabsichtigten Wirt des Virus. Die Übertragung erfolgt als Ergebnis der weiblichen Mücken Notwendigkeit für Wirbeltierblut, um ihre Eier zu entwickeln. RNAi von Insekten ist sehr ähnlich zu anderen Tieren; Dicer-2 spaltet virale RNA und lädt sie auf den RISC-Komplex, in dem ein Strang als Matrize für die Herstellung von RNAi-Produkte und das andere verschlechtert. Insekten mit Mutationen, die zu nicht-funktionellen Komponenten ihres RNAi-Weg zeigen eine erhöhte Viruslast auf Viren sie tragen oder eine erhöhte Anfälligkeit für Viren, für die sie Gastgeber sind. Ähnlich wie beim Menschen sind Insektenviren Mechanismen entwickelt, um den RNAi-Weg zu vermeiden. Als Beispiel codiert Drosophila-C-Virus auf Protein 1A, die dsRNA somit von Dicer Spaltung schützt als auch RISC Lade bindet. Heliothis virescens ascovirus 3a kodiert ein Enzym RNase III ähnlich der RNase III-Domänen von dicer die für dsRNA Substrat konkurrieren kann, sowie verschlechtern siRNA-Duplexe zu RISC Belastung zu verhindern.

Diagnostische und therapeutische Anwendungen

Dicer kann erkannt werden, ob Tumore innerhalb des Körpers basierend auf dem Expressionsspiegel des Enzyms vorliegen. Eine Studie zeigte, dass viele Patienten, die Krebs hatte Expression von Dicer verringert. Die gleiche Studie zeigte, dass niedrigere Dicer Ausdruck mit geringer Patientenüberleben Länge korreliert. Zusammen mit Sein ein Diagnose-Tool kann Dicer zur Behandlung von Patienten durch Injektion von ausländischen siRNA intravenös gene silencing verursachen verwendet werden.

Die siRNA wurde gezeigt, wie zum Beispiel Mäuse, um auf zwei Wegen in Säugerarten geliefert werden. Eine Möglichkeit wäre, direkt in das System, das nicht Dicer Funktion erfordern würde injizieren. Ein anderer Weg wäre, um es von den Plasmiden, die für kurze Haarnadel-RNA, die durch Dicer in siRNA gespalten werden codieren einzuführen.

Einer der Vorteile der Verwendung von Dicer zur siRNA erzeugen therapeutisch würde die Eigenheit und Vielfalt von Zielen kann es im Vergleich zu, was gerade wie Antikörper oder kleine molekulare Inhibitoren beeinflussen. Im Allgemeinen sind kleine molekulare Inhibitoren schwierig in Bezug auf die Spezifität mit unerträglichen Nebenwirkungen. Antikörper sind so spezifisch wie siRNA, aber es wird nur in der Lage, gegen den Liganden oder Oberflächenrezeptoren verwendet werden, beschränkt. Auf der anderen Seite, ist geringe Effizienz der intrazellulären Aufnahme das Haupthindernis der Einspritzung des siRNA. Injiziert siRNA schlechte Stabilität im Blut und führt zu Reizungen der unspezifischen Immunität. Auch die Herstellung miRNA therapeutisch fehlt in der Spezifität, da nur 6-8 Nukleotid-Basenpaarung ist erforderlich für die miRNA, um mRNA zu befestigen.

Dicer-ähnliche Proteine

Pflanzengenome kodieren für dicer ähnliche Proteine ​​mit ähnlichen Funktionen und Proteindomänen, wie Tiere und Insekten dicer. Zum Beispiel in dem Modellorganismus Arabidopsis thaliana vier Dicer ähnliche Proteine ​​hergestellt und DCL1 zu DCL4 bezeichnet. DCL1 mit miRNA-Erzeugung und sRNA Produktion von invertierten Wiederholungen beteiligt. DCL2 schafft siRNA von cis-wirkenden Antisense-Transkripte, die Beihilfen unter virale Immunität und Verteidigung. DCL3 erzeugt siRNA, die in Chromatinmodifizierung unterstützt und DCL4 in trans wirkenden siRNA Stoffwechsel und Transkript Silencing an der posttranskriptionellen Ebene. Zusätzlich DCL 1 und 3 sind für Arabidopsis Blüte. In Arabidopsis, ist DCL Knockout nicht zu schweren Entwicklungsstörungen.

Reis und Trauben produzieren auch DCLs wie der Dicer-Mechanismus ist eine gemeinsame Verteidigungsstrategie vieler Organismen. Rice hat andere Funktionen für die 5 DCLs sie produziert sich weiterentwickelt und sie eine wichtigere Rolle in der Funktion und Entwicklung spielen als in Arabidopsis. Darüber hinaus unterscheiden sich Expressionsmuster zwischen den verschiedenen Pflanzenzelle Arten von Reis, während die Expression in Arabidopsis ist homogener. Reis DCL Expression kann durch biologische Stressbedingungen einschließlich Dürre, Salinität und Kälte, So können diese Stressoren Å Pflanzen setzen die virale Resistenz erfolgen. Anders als Arabidopsis, Funktionsverlust des DCL Proteine ​​bewirkt Entwicklungsdefekten in Reis.

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