ویکی‌پدیا

آران‌ای کوتاه سنجاق‌سری

(تغییرمسیر از آران‌ای کوچک سنجاق‌سری)

آران‌ای کوتاه سنجاق‌سری یا آران‌ای کوچک سنجاق‌سری یا Short/Small Hairpin RNA، یک مولکول RNA مصنوعی و آزمایشگاهی با یک پیچ سنجاق‌سری تنگ است که می تواند جهت خاموش کردن یا سرکوب بیان ژن هدف از طریق فرآیند تداخل آران‌ای (RNAi) استفاده شود.[۱][۲] بیان shRNA در سلول ها معمولا از طریق تحویل پلاسمیدها یا از راه ناقل های ویروسی یا باکتریایی انجام می شود. shRNA یک میانجی سودمند برای تداخل آران‌ای است زیرا سرعت تخریب و ناپایداری کمتری دارد. با اینحال، این مولکول نیازمند استفاده از سیستم حامل ویروسی ویا باکتریایی است که خود پتانسیل عوارض جانبی و مشکلات بهداشتی را داراست.[۳]

تحویل آران‌ای کوچک سنجاق‌سری توسط لنتی‌ویروس و چگونگی مکانیسم تداخل آران‌ای در یاخته‌های پستانداران

برای دستیابی و تولید shRNA انتخاب پروموتر مناسب جهت بیان بالای آن ضروری است. در ابتدا، پروموترهای پلیمراز III یعنی U6 و H1 استفاده می شدند؛ با اینحال، این پروموترها فاقد کنترل زمانی و مکانی هستند.[۳] همینطور، می توان از پروموترهای القایی پلیمراز II نیز بهره برد.

تحویل ویرایش

همانطور که گفته شد، بیان shRNA در سلول ها می تواند از طریق تحویل پلاسمیدها یا از راه ناقلین ویروسی یا باکتریایی انجام گیرد.

انتقال پلاسمید به سلول ها از طریق فرایند ترافرست یا transfection برای بیان shRNA می تواند بوسیله ناقلین و معرف هایی در شرایط آزمایشگاهی صورت گیرد. با اینحال، این روش مناسب شرایط درون بدن نیست و از این جهت محدودیت کاربردی دارد.

استفاده از ناقل باکتریایی برای بیان shRNA در سلول ها یافته جدیدی است که بهره برداری شده است. مطالعات نشان داده است که اشرشیا کلی های نوترکیب حاوی پلاسمید با shRNA که به صورت خوراکی به موش ها وارد شد توانست بیان ژن هدف را در سلول های اپی‌تلیال روده سرکوب کند.[۴] این روش در سال 2012 در کلینیک های پزشکی جهت درمان پولیپوز آدنوماتوز خانوادگی استفاده می شد.[۵]

انواعی از ناقلین ویروسی می توانند برای بیان shRNA در سلول ها استفاده شوند از جمله: ویروس های همراه آدنو (AAVs)، آدنوویروس‌ها و لنتی‌ویروس‌ها. با ویروس های همراه آدنو و آدنوویروس‌ها، ژنوم همچنان اپیزومی باقی می ماند که از جهت جلوگیری از جهش های دخول، سودمند است ولی چون ناقل ویروسی در نسل های بعدی سلول میزبان طی تقسیم سلولی از بین می رود، این روش کمی معیوب است (مگر اینکه سلول رشد بسیار آهسته ای داشته باشد). AAVها به واسطه اینکه ژنوم ویروسی‌شان حذف شده است و قابلیت تکثیر و بسته‌بندی کپسید دوباره را ندارند، از آدنوویروس‌ها متفاوت هستند. لنتی‌ویروس‌ها در بخش هایی از کروماتین فعال به لحاظ رونویسی ادغام شده و درنتیجه به نسل های بعدی سلولی منتقل می‌شوند. این روش خطر جهش های دخول را بالا می برد؛ با اینحال، خطر آن با استفاده از لنتی‌ویروس فاقد اینتگراز کاهش می‌یابد.[۶]

مکانیزم عمل ویرایش

 
پروتئین دایسر (Dicer) از گونه انگلی Giardia intestinalis.[۷]

وقتی که ناقل یا وکتور به ژنوم میزبان وارد می شود، مولکول shRNA در هسته توسط پلیمراز II یا پلیمراز III (بسته به نوع پروموتر انتخابی) رونویسی می شود. رونوشت محصول، مانند یک pri-microRNA یا pri-miRNA عمل کرده و توسط آنزیم Drosha پردازش می شود (این آنزیم یک ریبونوکلئاز است که توسط ژن DROSHA کد شده و فرآیند تولید miRNA را کاتالیز می کند). محصول این فرآیند یعنی pre-shRNA توسط پروتئین پنجم اکسپورتین (Exportin 5) از هسته خارج می‌شود. سپس درون سیتوپلاسم توسط پروتئین برش دهنده‌ای به نام Dicer پردازش شده و بر روی کمپلکس خاموش کننده القا شده با آران‌ای یا RISC بارگذاری می شود. رشته رمزکننده (passenger) تخریب شده و رشته غیررمز‌کننده که مکمل رشته رمزکننده است (guide) باقی مانده و کمپلس RISC را به سمت mRNA هدف که توالی مکمل شونده با رشته راهنما دارد، سوق می دهد. در صورتی که مکمل بودن رشته راهنما و mRNA به خوبی رخ دهد، RISC می تواند mRNA را ببرد و از بیان آن جلوگیری کند. در صورتی که مکمل بودن به خوبی بین رشته راهنما و mRNA رخ ندهد، کمپلکس RISC صرفا با نشستن بر روی mRNA هدف، از ترجمه آن جلوگیری می کند. به هر صورت، shRNA موجب خاموشی و سرکوب ژن هدف می شود.

کاربردها در ژن‌درمانی ویرایش

به دلیل اینکه shRNA خاموشی ژن را به صورت اختصاصی و طولانی مدت ارائه می دهد، علاقه زیادی برای استفاده از آن در علم ژن درمانی بوجود آمده است. سه مثال از درمان ها بر مبنای shRNA در زیر مورد بحث واقع شده اند:

به عنوان اولین مثال، کمپانی Gradalis واکسن FANG را توسعه داد که برای درمان سرطان های پیشرفته استفاده می شود. FANG متکی بر یک shRNA دوعملکردی (bi-shRNA) است که علیه فاکتور رشد تغییردهنده (TGF) بتا1 و بتا2 (سرکوبگر سیستم ایمنی) عمل می کند.[۸] در این روش سلول های توموری اتولوگ از بیمار برداشت شده و یک پلاسمید کدکننده shRNA دوعملکردی و فاکتور تحریک‌کننده کلونی گرانولوسیت-ماکروفاژ (GMCSF) در خارج از بدن و توسط الکتروپوراسیون به آنها وارد شد. این سلول ها بعدا تحت تابش قرار گرفته و به بدن بیمار بازگردانده شدند.

همچنین شرکت Marina Biotech عامل درمانی CEQ508 که برای درمان پولیپوز آدنوماتوز خانوادگی استفاده می شود را توسعه بخشید. CEQ508 در اصل از ناقل باکتریایی (اشرشیا کلی) برای رساندن shRNA سرکوب کننده بتا-کاتنین (β-catenin) استفاده می کند.

در آخرین مورد، کمپانی Gradalis مولکول shRNA-STMN1 دوعملکردی (pbi-shRNA STMN1) را طراحی نموده که جهت درمان سرطان های پیشرفته یا متاستاتیک به کار می رود. این مولکول pbi-shRNA STMN1 سرکوبگر stathmin1 بوده و از طریق روش BIV یا Bilamellar invaginated vesicle که با وزیکول های لیپوپلکس رخ می دهد، وارد سلول میزبان می شود.

چندین چالش معمولا سد راه درمان هایی برمبنای shRNA قرار دارد. قابل توجه ترین چالش، فرآیند تحویل و ورود shRNA به سلول موردنظر است. مولکول shRNA معمولا از طریق ناقل های ویروسی یا باکتریایی حمل می شوند، و اگرچه این روش کارآمدی است اما نگرانی های ایمنی را به دنبال دارد؛ به خصوص، ژن درمانی هایی برمبنای حاملین ویروسی، خطراتی را در آزمایش های بالینی گذشته نشان داده است. در نسل اول ژن درمانی های برمبنای رتروویروس‌ها، برخی بیماران تحت درمان با ناقلین ویروسی برای سندروم ویسکوت-آلدریچ دچار لوسمی سلول T شدند که به علت محل درج و دخول ناقل ویروسی گزارش شده است.[۹] پتانسیل اشباع بیش از حد کمپلکس RISC نیز مشکلی دیگر است. اگر shRNA در مقادیر بالایی بیان شود، سلول ممکن است نتواند قادر به پردازش همه RNAهای بیان شده باشد و درنتیجه موجب مشکلات قابل توجهی شود. چالش دیگر این است که بیمار امکان دارد در برابر این فرآیند درمانی از خود پاسخ ایمنی نشان دهد.[۱۰] در نهایت، ممکن است اثرات خارج از هدف رخ داده و shRNA موجب خاموشی ژنی غیر از ژن موردنظر شود. در توسعه روش های درمانی برمبنای shRNA، تمامی این چالش ها باید در نظر گرفته شوند.

جستارهای وابسته ویرایش

پانویس ویرایش

  1. ↑ Paddison, Patrick J.; Caudy, Amy A.; Bernstein, Emily; Hannon, Gregory J.; Conklin, Douglas S. (2002-04-15). "Short hairpin RNAs (shRNAs) induce sequence-specific silencing in mammalian cells". Genes & Development (به انگلیسی). 16 (8): 948–958. doi:10.1101/gad.981002. ISSN 0890-9369. PMC 152352. PMID 11959843.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  2. ↑ Brummelkamp, Thijn R.; Bernards, René; Agami, Reuven (2002-04-19). "A System for Stable Expression of Short Interfering RNAs in Mammalian Cells". Science (به انگلیسی). 296 (5567): 550–553. doi:10.1126/science.1068999. ISSN 0036-8075.
  3. ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ Wang, Zhaohui; Rao, Donald D.; Senzer, Neil; Nemunaitis, John (2011-12). "RNA Interference and Cancer Therapy". Pharmaceutical Research (به انگلیسی). 28 (12): 2983–2995. doi:10.1007/s11095-011-0604-5. ISSN 0724-8741. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  4. ↑ Xiang, Shuanglin; Fruehauf, Johannes; Li, Chiang J (2006-06). "Short hairpin RNA–expressing bacteria elicit RNA interference in mammals". Nature Biotechnology (به انگلیسی). 24 (6): 697–702. doi:10.1038/nbt1211. ISSN 1087-0156. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  5. ↑ Burnett, John C.; Rossi, John J.; Tiemann, Katrin (2011-09). "Current progress of siRNA/shRNA therapeutics in clinical trials". Biotechnology Journal (به انگلیسی). 6 (9): 1130–1146. doi:10.1002/biot.201100054. ISSN 1860-6768. PMC 3388104. PMID 21744502. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  6. ↑ Lombardo, Angelo; Genovese, Pietro; Beausejour, Christian M; Colleoni, Silvia; Lee, Ya-Li; Kim, Kenneth A; Ando, Dale; Urnov, Fyodor D; Galli, Cesare (2007-11). "Gene editing in human stem cells using zinc finger nucleases and integrase-defective lentiviral vector delivery". Nature Biotechnology (به انگلیسی). 25 (11): 1298–1306. doi:10.1038/nbt1353. ISSN 1087-0156. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  7. ↑ MacRae, Ian J.; Zhou, Kaihong; Li, Fei; Repic, Adrian; Brooks, Angela N.; Cande, W. Zacheus; Adams, Paul D.; Doudna, Jennifer A. (2006-01-13). "Structural Basis for Double-Stranded RNA Processing by Dicer". Science (به انگلیسی). 311 (5758): 195–198. doi:10.1126/science.1121638. ISSN 0036-8075.
  8. ↑ Senzer, Neil; Barve, Minal; Kuhn, Joseph; Melnyk, Anton; Beitsch, Peter; Lazar, Martin; Lifshitz, Samuel; Magee, Mitchell; Oh, Jonathan (2012-03). "Phase I Trial of "bi-shRNAifurin/GMCSF DNA/Autologous Tumor Cell" Vaccine (FANG) in Advanced Cancer". Molecular Therapy (به انگلیسی). 20 (3): 679–686. doi:10.1038/mt.2011.269. PMC 3293620. PMID 22186789. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  9. ↑ Persons, Derek A; Baum, Christopher (2011-02). "Solving the Problem of γ-Retroviral Vectors Containing Long Terminal Repeats". Molecular Therapy (به انگلیسی). 19 (2): 229–231. doi:10.1038/mt.2010.305. PMC 3034864. PMID 21289636. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  10. ↑ Whitehead, Kathryn A.; Dahlman, James E.; Langer, Robert S.; Anderson, Daniel G. (2011-07-15). "Silencing or Stimulation? siRNA Delivery and the Immune System". Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering (به انگلیسی). 2 (1): 77–96. doi:10.1146/annurev-chembioeng-061010-114133. ISSN 1947-5438.
 

این یک مقالهٔ خرد زیست‌شناسی است. می‌توانید با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=آران‌ای_کوتاه_سنجاق‌سری&oldid=39470229»