Umlčení genu je proces epigenetice na regulaci genové exprese , které brání produkci proteinu z genu . Jedná se o starodávný eukaryotický regulační mechanismus, který se proto nachází ve velkém počtu živočišných a rostlinných buněk.
Tyto procesy zasahují na dvou úrovních: buď tento proces ovlivňuje gen a brání jeho transkripci, jeden pak hovoří o transkripční zániku (TGS, umlčení transkripčního genu ); nebo ovlivňuje messenger RNA a brání jejímu překladu. Tento druhý proces se v rostlinných organismech nazývá PTGS, post transkripční umlčení genů ; RNAi, interference RNA u zvířat; potlačující v houbě Neurospora crassa . Mluvíme o genové inaktivaci v obou případech.
Tyto dva typy umlčování genů se používají za účelem regulace endogenních genů. Mohou být také použity při ochraně před transpozony nebo viry .
Právě vlně transgeneze, která následovala po objevu transformace rostlin Agrobacterium tumefaciens v 80. letech, vděčíme za první identifikaci genového zániku. Ve skutečnosti mezi rostlinami, které mají integrovaný cizí gen, určitý podíl jedinců cizí gen neexprimuje. V roce 1990 dvě simultánní studie o nadměrné expresi chalkonsyntázy u petúnií ukázaly, že messengerové RNA transgenu a enzymového genu byly v určitých částech květu (nejméně zbarvené) podexprimovány. Poté hovoří o společném potlačení. Několik studií rychle umožnilo ukázat univerzálnost tohoto jevu v rostlinách, ale také ve všech eukaryotických organismech. Nakonec byly odhaleny a studovány dva hlavní typy inaktivace genů: TGS a PTGS.
Jedná se o modifikaci histonů vyvolávající konformaci DNA za normálních podmínek. Tento jev je vysvětlen existencí sekvenčních homologií mezi promotorovými oblastmi genu a dotyčným transgenem . Poté dochází k methylaci cytosinů (C bází DNA) a tyto hypermethylované oblasti by pak byly rozpoznány proteiny indukující kondenzaci chromatinu: genetickou informaci proto nelze přepsat.
V tomto případě byl cílový gen nebo transgen již transkribován a messengerové RNA nezbytné pro translaci jsou již přítomny v buněčné cytoplazmě ve více či méně vysoké koncentraci.
Samotnou iniciační fázi PTGS lze rozdělit do tří odlišných fází:
Za prvé, molekula je nezbytná pro vytvoření PTGS, je to molekula dvouvláknové RNA ( dsRNA ). Tato dsRNA může pocházet z viru (střední replikace virového genomu), vložení transgenu v obráceném opakování , což způsobí transkripci sense a antisense RNA řetězců, které mohou tvořit duplex, nebo jednoduše konformací sekundárního struktura jednořetězcové RNA se smyčkou , prakticky představující dvouřetězcovou molekulu RNA.
Tato molekula bude specificky degradována RNázou III, která se nazývá Dicer. Původně se nachází v Drosophile, od té doby se ukázalo, že Dicerovy homology se nacházejí ve všech eukaryotech (nazývají se DCL, Dicer Like Protein . Tento protein má doménu helikázy , dvě domény RNázy III, doménu vázající se na dsRNA a nakonec konzervovaná doména zvaná PAZ.
A konečně, cílení dsRNA homologní s nežádoucí RNA vyžaduje zásah konkrétního proteinového komplexu zvaného RISC, RNA indukovaný umlčovací komplex . Po degradaci mRNA pomocí DCL molekula rodiny Argonauts , zvaná AGO, obnoví rozštěpené řetězce, ale váže se pouze na jedno vlákno a nakonec se spojí s jinými proteiny (včetně DCL) za vzniku komplexu RISC. Tento komplex poté vykonává dvě funkce: cílení na dsRNA, díky malé interferující RNA konzervované AGO, která slouží jako „průvodce“ komplexu, a degradace pomocí DCL.
ŠířeníŠíření PTGS je zásadní bez ohledu na funkci, kterou pro tělo plní. Studium šíření PTGS se provádělo hlavně v rostlinách (nejjednodušší biologický systém ke studiu), ale také u nematod ( Caenorhabditis elegans ) se ukázalo, že existuje podobný jev.
Klíčovými molekulami pro uskutečnění mechanismu jsou malé interferující RNA (pRNA) . Ukázalo se, že v tabáku specifický protein SAM-S doslova eliminuje plasmodesmata , což umožňuje postupný přenos těchto malých interferujících RNA (pRNAi) , a tím umožňuje šíření tohoto jevu.
ÚdržbaJakmile je PTGS zahájen, zesílen a rozšířen po celém těle, obvykle zůstává zavedený a v průběhu času nezmizí. Tato údržba PTGS zůstává jedním z nejsložitějších aspektů ke studiu.
Během aktivace PTGS však může nastat fenomén amplifikace malých interferujících RNA řetězců (pRNAi) . Ve skutečnosti, An RNA polymeráza , RdR6 , je schopné syntetizovat dsRNA z počátečních clivates, druhý pak chová jako skutečný PCR. Fenomén by pak mohl pokračovat.
Kromě toho by integrace části virového genomu do genomu rostliny mohla v případě infekce působit jako imunitní paměť, což by znamenalo získanou imunitu rostliny. To by se pak dokázalo lépe bránit před budoucí infekcí.
Pro PTGS existují dvě konkrétní funkce: endogenní a exogenní funkce .
OchranaMůžeme považovat PTGS za aktéra skutečného imunitního systému organismu, zejména v případě rostlin. Je to skutečně hlavní obranný mechanismus rostliny během infekce virem. Můžeme mluvit o imunitě získané pamětí, kterou si infekční buňka uchovává.
RozvojJe rovněž prokázáno, že PTGS hraje zásadní roli ve vývoji organismu. Několik experimentů inhibujících PTGS u zdravých rostlin ukázalo vývojové aberace a konkrétněji výrazný nanismus rostliny ve srovnání s jejími protějšky. V rostlinách existují regulační geny, které produkují miRNA: jsou to antisense RNA, které párováním s mRNA tvoří molekulu dsRNA. To pak může být degradováno podle výše popsaných mechanismů. Tyto geny umožňují regulaci růstu rostliny, a proto se podílejí na jejím správném vývoji.
Existuje velké množství virových proteinů schopných změnit správné fungování PTGS v jeho různých stádiích. Jedním z klíčových proteinů v porozumění deleci je HC-Pro (protein pomocné složky ), exprimovaný potyviry. HC-Pro mění metabolismus siRNA a interferuje tak s podjednotkou AGO komplexu RISC. To již není schopné vázat se siRNA, a tak umožnit udržení jevu.
Stejný protein také interferuje s endogenní cestou PTGS: mohou být také ovlivněny miRNA, budující molekuly dsRNA s mRNA cílového genu. Kromě toho může tento protein ovlivnit určité hormonální cesty (jako je tomu u ethylenu), který je zodpovědný za některé z fenotypových symptomů nalezených v infikovaných rostlinách.