Λυρατζοπουλος ncRNAs-καταλυτικές ιδιότητεςRNA-α1αντιθρυψινη-g6pd-κυστική ίνωση-Taysachs-νευροινωμάτωση

Λυρατζόπουλος Εμμανουήλ Βιολόγος 1

ΕΡΓΑΣΙΑ 2η

Θέμα 1

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Οι λάθος να αναδιατυπωθούν στο σωστό. Να

αναλυθούν συνοπτικά οι προτάσεις, ώστε να δικαιολογείται η επιλογή σωστού ή λάθους.

α. Ένας κλώνος DNA έχει πολικότητα επειδή οι βάσεις περιέχουν υδρόφιλες

αμινομάδες.

ΛΑΘΟΣ

Το μόριο του DNA αποτελεί ένα πολυμερές νουκλεοτιδίων. Κάθε νουκλεοτίδιο του DNA

αποτελείται από μια πεντόζη τη δεοξυριβόζη (σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα), μια φωσφορική

ομάδα και μια αζωτούχα βάση, οι οποίες είναι η αδενίνη Α, θυμίνη Τ, κυτοσίνη C και η γουανίνη G

(adenine A, cytosine C, guanine G, thymine T). Η αδενίνη και η γουανίνη είναι πουρίνες και η θυμίνη

και η κυτοσίνη είναι πυριμιδίνες (εικόνα 1).

Σε ένα δεοξυριβονουκλεοτίδιο το άτομο άνθρακα C-1΄ της δεοξυριβόζης συνδέεται στο Ν-1

μιας πυριμιδίνης ή στο Ν-9 μιας πουρίνης. Η φωσφορική ομάδα συνδέεται στο C-5΄ άτομο άνθρακα

της δεοξυριβόζης. Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα (ή ένας κλώνος) σχηματίζεται από την ένωση

πολλών νουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό.

Ο δεσμός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του C-3΄ άνθρακα της δεοξυριβόζης ενός

νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη με το C-5΄ άνθρακα της

δεοξυριβόζης του επόμενου.

Ο δεσμός αυτός ονομάζεται 3΄- 5΄φωσφοδιεστερικός δεσμός (εικόνα 2,3) και είναι υπεύθυνος για

την πολικότητα του κλώνου του DNA.

Η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα που σχηματίζεται έχει ένα σκελετό, που αποτελείται από την

επανάληψη μορίων φωσφορική ομάδα-δεοξυριβόζη-φωσφορική ομάδα-δεοξυριβόζη.

Το πρώτο νουκλεοτίδιο έχει ελεύθερη μια φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στο C-5΄ άνθρακα της

δεοξυριβόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιο έχει ελεύθερο το υδροξύλιο (OH) στο C-3΄άνθρακα

της δεοξυριβόζης. Ο προσανατολισμός της πολυνοκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5΄→3΄. (εικόνα 4)


Εικόνα 1: Οι αζωτούχες βάσεις και οι πεντόζες στα μόρια του DNA και RNA.

Εικόνα 2: Ο φωσφοδιεστερικός δεσμός (κόκκινο) ανάμεσα σε δύο δεοξυριβονουκλεοτίδια.


Εικόνα 3: Φωσφοδιεστερικός δεσμός και πολικότητα του DNA.


Alberts - Molecular Biology Of The Cell 4th Ed

Εικόνα 4: Προσανατολισμός των πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων (με τη μορφή βέλους, απεικόνιση της πολικότητας). Στο δίκλωνο DNA οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες.


β. Η διχάλα αντιγραφής είναι ασύμμετρη επειδή περιέχει δύο μόρια DNA

πολυμεράσης τα οποία διαφέρουν δομικά.

ΛΑΘΟΣ

Στην διχάλα αντιγραφής η μια αλυσίδα αντιγράφεται συνεχώς (ηγούμενη αλυσίδα) και η άλλη

ασυνεχώς (υστερούσα αλυσίδα)

Η αντιγραφή του DNA ξεκινά σε συγκεκριμένες θέσεις που ονομάζονται θέσεις έναρξης της

αντιγραφής. Ειδικά ένζυμα οι DNA ελικάσες σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των

συμπληρωματικών βάσεων του DNA και ανοίγουν τη διπλή έλικα. Δημιουργείται μια θηλιά που

αυξάνεται συνεχώς και αποτελείται από δύο διχάλες αντιγραφής.

Τα βασικά ένζυμα της αντιγραφής είναι οι DNA πολυμεράσες, οι οποίες δεν μπορούν να ξεκινήσουν

την αντιγραφή. Μια εξειδικευμένη RNA πολυμεράση, η οποία ονομάζεται πριμάση, συνθέτει ένα

μικρό τμήμα RNA (5-10 νουκλεοτιδίων), το οποίο είναι συμπληρωματικό προς το αντίστοιχο τμήμα

της μητρικής αλυσίδας του DNA. Οι DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν το τμήμα RNA τοποθετώντας

συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια.

Τοποθετούν το κάθε τριφωσφορικό νουκλεοτίδιο στο ελεύθερο 3΄ άκρο της πεντόζης του τελευταίου

νουκλεοτιδίου της αναπτυσσόμενης αλυσίδας.

Επομένως μια νέα αλυσίδα DNA μπορεί να επιμηκυνθεί μόνο προς την κατεύθυνση 5΄→3΄. Όλες οι

γνωστές DNA πολυμεράσες συνθέτουν DNA προς την κατεύθυνση 5΄ → 3΄ και όχι προς την 3΄ → 5΄.

Εικόνα 3,4.

Στη διπλή έλικα του DNA οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή απέναντι από το 5΄άκρο

της μιας βρίσκεται το 3΄άκρο της άλλης, και οι δύο νέες αλυσίδες που θα προκύψουν πρέπει να

είναι αντιπαράλληλες με τις μητρικές.

Για να γίνει αυτό στην διχάλα αντιγραφής η μια αλυσίδα αντιγράφεται συνεχώς (ηγούμενη

αλυσίδα) και η άλλη ασυνεχώς (υστερούσα αλυσίδα). Εικόνα 1,2.

Η σύνθεση στην ασυνεχή αλυσίδα διαλευκάνθηκε από τον Reiji Okazaki, ο οποίος ανακάλυψε ότι

μια σημαντική αναλογία του νεοσυντιθέμενου DNA απαντά ως μικρά τμήματα. Οι μονάδες αυτές των

1000-2000 νουκλεοτιδίων περίπου στο E.coli και 100-200 νουκλεοτίδια στους ευκαρυωτικούς (οι

οποίες ονομάζονται τμήματα Okazaki) υπάρχουν για σύντομο χρονικό διάστημα στην περιοχή της

διχάλας αντιγραφής. Καθώς η αντιγραφή εξελίσσεται, τα τμήματα αυτά συνδέονται ομοιοπολικά διά

μέσου της δράσης της DNA λιγάσης.


Το υπεύθυνο ένζυμο για την αντιγραφή του DNA στην E. Coli είναι το ολοένζυμο της DNA

πολυμεράσης ΙΙΙ.

Το ολοένζυμο αποτελείται από 10 είδη πολυπεπτιδικών αλυσίδων και έχει μάζα περίπου 900 kd,

σχεδόν μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από εκείνη μιας μονής αλυσίδας DNA πολυμεράσης, όπως

είναι η DNA πολυμεράση Ι. Αυτό το αντιγραφικό σύμπλοκο είναι ένα ασύμμετρο διμερές.

Το ολοένζυμο είναι δομημένο ως διμερές για να μπορεί να αντιγράφει και τις δύο αλυσίδες του

γονικού DNA στην ίδια θέση και στον ίδιο χρόνο. Είναι ασύμμετρο διότι ο προηγούμενος και ο

καθυστερών κλώνος συντίθενται διαφορετικά.

Ο RNA-εκκινητής αφαιρείται υδρολυτικά από μια 5΄→3΄εξωνουκλεάση.

Στην E. coli η εξωνουκλεάση αυτή υπάρχει ως πρόσθετη δομική περιοχή της DNA πολυμεράσης Ι.

Επομένως, η πλήρης DNA πολυμεράση Ι έχει τρία διακριτά ενεργά κέντρα: μια διορθωτική

δραστικότητα 3΄→5΄ εξωνουκλεάσης, μια δραστικότητα πολυμεράσης και μια δραστικότητα

5΄→3΄εξωνουκλεάσης. Τα ανοίγματα μεταξύ των νεοσυντιθέμενων τμημάτων Okazaki του

καθυστερούντος κλώνου συμπληρώνονται με τη δράση της DNA πολυμεράσης Ι.

Ο εκκινητής δεν μπορεί να εξαλειφθεί από τη δράση της DNA πολυμεράσης ΙΙΙ διότι το ένζυμο αυτό

δεν έχει διορθωτική ικανότητα 5΄→3΄.

Η αντιγραφή στο E coli πραγματοποιείται κυρίως με τις δύο DNA πολυμεράσες που αναφέρθηκαν

στους ευκαρυωτικούς η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη έχουν ανακαλυφθεί 11 DNA πολυμεράσες.

Ωστόσο, οι βασικές αρχές λειτουργίας αυτών των πολυμερασών είναι ίδιες. Εικόνα 5.


Εικόνα 1: Συντονισμός μεταξύ του προηγούμενου και του καθυστερούντος κλώνου. Ο σχηματισμός

θηλιάς του εκμαγείου του καθυστερούντος κλώνου βοηθά το διμερές ένζυμο της DNA

πολυμεράσης ΙΙΙ να συνθέτει και τις δύο θυγατρικούς κλώνους. Ο προηγούμενος κλώνος φαίνεται

με κόκκινο, ο καθυστερών με μπλε και οι εκκινητές-RNA με πράσινο. [Ευγενική προσφορά Dr.

Arthur Kornberg.]


Εικόνα 2: Μηχανισμός αντιγραφής σε μια διχάλα, φαίνονται οι δράσεις των δύο DNA

πολυμερασών.


Εικόνα 3: Α. Τοποθέτηση τριφωσφορικού νουκλεοτιδίου από τη DNA πολυμεράση στο 3΄άκρο.

B. Δομή DNA πολυμεράσης με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ. Μεταφορικά μοιάζει με δεξί χέρι

που κρατάει το DNA. (B, adapted from L.S. Beese, V. Derbyshire, and T.A. Steitz, Science 260:352–355, 1993.)



Εικόνα 4: Εξήγηση του μηχανισμού με τον οποίο τοποθετεί η DNA πολυμεράση το κάθε

νουκλεοτίδιο. Αριστερά είναι η λάθος υπόθεση και δεξιά η σωστή δράση.


Εικόνα 5: Ασυμμετρία: Μηχανισμός στους ευκαρυωτικούς. Οι ερευνητές διαπίστωσαν το

σημαντικό ρόλο στη σύνθεση του καθυστερούμενου κλώνου από το PCNA (proliferating cell

nuclear antigen). Credit: Image courtesy of Rockefeller University


γ. Τα τμήματα Okazaki αφαιρούνται από μια RNA νουκλεάση.

ΛΑΘΟΣ

Τα τμήματα Okazaki δεν αφαιρούνται, αλλά αφαιρούνται οι εκκινητές RNA.

Στην αντιγραφή του DNA λόγω της δράσης της DNA πολυμεράσης και της αντιπαραλληλίας των δύο

αλυσίδων, η σύνθεση της μιας γίνεται συνεχώς και της άλλης ασυνεχώς σε τμήματα. Εικόνα 1.

Τα τμήματα αυτά ονομάζονται Okazaki και ανακαλύφθηκαν από τους Kiwako Sakabe, and Reiji

Okazaki το 1966 στη διάρκεια έρευνας του μηχανισμού αντιγραφής στο E.coli.

Οι DNA πολυμεράσες για να ξεκινήσουν την αντιγραφή απαιτούν εκκινητές RNA. Στη σύνθεση της

συνεχούς αλυσίδας απαιτείται ένας εκκινητής, ενώ στα τμήματα Okazaki το καθένα απαιτεί ένα

εκκινητή. Εικόνα 2,3.

Οι εκκινητές αυτοί απομακρύνονται από το ένζυμο DNA πολυμεράση I, η οποία τα αντικαθιστά με

τμήματα DNA και η DNA λιγάση συνδέει τα τμήματα. Εικόνα 4.

Tο ένζυμο DNA πολυμεράση I της E. coli ανακαλύφθηκε από τον Arthur Kornberg πριν 45 χρόνια.

Τα τμήματα Okazaki στους προκαρυωτικούς είναι πολύ μεγαλύτερα από των ευκαρυωτικών. Στους

ευκαρυωτικούς κυμαίνονται από 100-200 νουκλεοτίδια, ενώ στο E.coli μπορεί να φτάσει τα 2.000

νουκλεοτίδια. Ο λόγος της διαφοράς είναι άγνωστος.

http://en.wikipedia.org/wiki/Reiji_Okazaki

http://en.wikipedia.org/wiki/Reiji_Okazaki

http://en.wikipedia.org/wiki/E._Coli


Εικόνα 1: Συνεχής και ασυνεχής σύνθεση DNA σε μια διχάλα αντιγραφής.

Εικόνα 2: Σύνθεση τμημάτων Okazaki.


Εικόνα 3: Τμήματα Okazaki μαζί με τους RNA εκκινητές τους.


Εικόνα 4: Η μοναδική 5′ → 3′ δραστηριότητα εξωνουκλεάσης της DNA πολυμεράσης I αφαιρεί

τους εκκινητές RNA από την αρχή κάθε τμήματος Okazaki. Στη συνέχεια η πολυμεράση συνθέτει

DNA για να καλύψει το κενό ανάμεσα στα τμήματα Okazaki, η διαδικασία ονομάζεται μετάφραση

εγκοπής (nick translation). Μετά τη συμπλήρωση 10-12 κύκλων υδρόλυσης και πολυμερισμού, η

DNA πολυμεράση I αποδεσμεύεται από το DNA, αφήνοντας δύο τμήματα Okazaki με ένα κενό, το

οποίο το συμπληρώνει με φωσφοδιεστερικό δεσμό η DNA λιγάση (DNA ligase).


δ. Οι ιοί που ενσωματώνονται στα χρωμοσώματα του ξενιστή αντιγράφονται μαζί με

το DNA ξενιστή. Επομένως, κάθε κύτταρο μπορεί να δημιουργήσει μόνο ένα ώριμο

σωματίδιο ιού.

ΛΑΘΟΣ

Οι ιοί αποτελούν μορφές ζωής που αποτελούνται από DNA ή RNA και πρωτεΐνες. Δεν έχουν

κυτταρική οργάνωση και μεταβολισμό. Είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα, χρησιμοποιούν

τους μηχανισμούς του κυττάρου για να πολλαπλασιαστούν. Μια ζωή δανεική.

Το μέγεθος τους κυμαίνεται από 25-350 nm. Εικόνα 1.

Όταν το ιικό DNA είναι ενσωματωμένο στο DNA του κυττάρου ξενιστή ονομάζεται προιός. Στην

περίπτωση του βακτηριοφάγου ονομάζεται προφάγος. Στη φάση αυτή οι ιοί αντιγράφονται μαζί με

το DNA του ξενιστή. O προιός δεν κάνει άμεσα νέα αντίγραφα του DNA του, όλοι οι απόγονοι των

μολυσμένων κυττάρων θα φέρουν επίσης τον προιό στο γονιδίωμα τους. Όταν ενεργοποιηθεί ο ιός

μεταγράφεται και μεταφράζεται το γενετικό υλικό του και παράγονται τα νουκλεικά οξέα και οι

πρωτεΐνες του. Συγκρότηση και έξοδος των ιών από το κύτταρο ξενιστή. Για παράδειγμα από ένα

βακτήριο που έχει μολυνθεί από ένα φάγο μπορούν να απελευθερωθούν και 200 νέοι φάγοι.

Εικόνα 2,3,4,5.

Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme

Εικόνα 1: Μέγεθος και δομές διαφόρων ιών.



Εικόνα 2: Πολλαπλασιασμός του ιού της γρίπης. (5) απελευθέρωση ιών γρίπης από ένα κύτταρο

ξενιστή.


Εικόνα 3: Απελευθέρωση ιών από ένα κύτταρο.



Εικόνα 4: Αδενοιοί μέσα στον πυρήνα κυττάρου ξενιστή. (Adenoviruses 500 nm).


Εικόνα 5: Ιός ευλογίας (είναι οι μαύρες δομές).


ε. Οι υδρογονοδεσμοί που αναπτύσσονται μεταξύ των κατάλληλων ζευγών πουρίνης

και πυριμιδίνης ευνοούν τη διαμόρφωση της ελικοειδούς δομής του DNA.

ΣΩΣΤΟ

Οι υδρογονοδεσμοί είναι ένα είδος ελκτικής διαμοριακής δύναμης που αναπτύσσεται μεταξύ

δύο ηλεκτρικών φορτιών αντίθετης πολικότητας Το άτομο του υδρογόνου πρέπει να συνδέεται με

ένα από τα στοιχεία οξυγόνο, άζωτο ή φθόριο, που είναι όλα τους ισχυρά ηλεκτραρνητικά στοιχεία.

Η δομή του DNA έχει τη μορφή διπλής έλικας. Οι σακχαροφωσφορικοί σκελετοί βρίσκονται στο

εξωτερικό της διπλής έλικας, ενώ οι αζωτούχες βάσεις είναι στραμμένες προς το εσωτερικό της.

Οι δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες συγκρατούνται χάρι των δεσμών υδρογόνου που

αναπτύσσονται μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων και των δεσμών van der Waals που

αναπτύσσονται μεταξύ των αρωματικών δακτυλίων των γειτονικών βάσεων κάθε αλυσίδας.

Η πουρίνη είναι μία από τους δύο τύπους βάσεων, ετεροκυκλικής αρωματικής οργανικής ένωσης,

που βρίσκονται στα νουκλεϊκά οξέα και έχουν δομή διπλού δακτυλίου, όπως είναι η αδενίνη και

η γουανίνη, ενώ η πυριμιδίνη είναι ετεροκυκλική αρωματική οργανική ένωση, και έχει δομή απλού

δακτυλίου, όπως είναι η κυτοσίνη και η θυμίνη και η ουρακίλη. Οι πουρίνες προκύπτουν από τη

συνένωση ενός πυριμιδινικού δακτυλίου και ενός ιμιδαζολικού δακτυλίου. (εικόνα 1)

Οι πουρίνες σχηματίζουν πάντα ζεύγη με τις πυριμιδίνες στους δύο κλώνους του DNA,

εξασφαλίζοντας έτσι ένα μόριο με παράλληλες πλευρές. Η αδενίνη συνδέεται με τη θυμίνη με

δύο δεσμούς υδρογόνου και η γουανίνη με την κυτοσίνη με τρεις δεσμούς υδρογόνου (εικόνες

2,3,4).

http://el.wikipedia.org/w/index.php?title=%CE%94%CE%B9%CE%B1%CE%BC%CE%BF%CF%81%CE%B9%CE%B1%CE%BA%CE%AD%CF%82_%CE%B4%CF%85%CE%BD%CE%AC%CE%BC%CE%B5%CE%B9%CF%82&action=edit&redlink=1

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%97%CE%BB%CE%B5%CE%BA%CF%84%CF%81%CE%B9%CE%BA%CF%8C_%CF%86%CE%BF%CF%81%CF%84%CE%AF%CE%BF

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9F%CE%BE%CF%85%CE%B3%CF%8C%CE%BD%CE%BF

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%86%CE%B6%CF%89%CF%84%CE%BF

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A6%CE%B8%CF%8C%CF%81%CE%B9%CE%BF

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%97%CE%BB%CE%B5%CE%BA%CF%84%CF%81%CE%B1%CF%81%CE%BD%CE%B7%CF%84%CE%B9%CE%BA%CF%8C%CF%84%CE%B7%CF%84%CE%B1

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%95%CF%84%CE%B5%CF%81%CE%BF%CE%BA%CF%85%CE%BA%CE%BB%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82_%CE%B5%CE%BD%CF%8E%CF%83%CE%B5%CE%B9%CF%82

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9D%CE%BF%CF%85%CE%BA%CE%BB%CE%B5%CF%8A%CE%BA%CE%AC_%CE%BF%CE%BE%CE%AD%CE%B1

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%91%CE%B4%CE%B5%CE%BD%CE%AF%CE%BD%CE%B7

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%93%CE%BF%CF%85%CE%B1%CE%BD%CE%AF%CE%BD%CE%B7

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%99%CE%BC%CE%B9%CE%B4%CE%B1%CE%B6%CF%8C%CE%BB%CE%B9%CE%BF

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A0%CF%85%CF%81%CE%B9%CE%BC%CE%B9%CE%B4%CE%AF%CE%BD%CE%B5%CF%82

http://el.wikipedia.org/wiki/DNA


Εικόνα 1: Δομή πουρινών και πυριμιδίνων.


Εικόνα 2: Δύο δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα σε αδενίνη και θυμίνη και τρεις δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα στη γουανίνη και κυτοσίνη.

Εικόνα 3: Ο Francis Crick δείχνει στον James Watson το μοντέλο του DNA. (they started building on Wednesday, 4th March and finished in the evening of Saturday, 7th March, 1953)


Εικόνα 4: Δεσμοί υδρογόνου και δομή διπλής έλικας.


Θέμα 2

Μη κωδικά RNAs (ncRNAs): Ανακάλυψη, κατηγορίες, βιοσύνθεση, ρόλος και

χρήσεις τους στις βιοεπιστήμες. Να γίνει και σχέδιο μαθήματος για μαθητές της Γ'

λυκείου.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Τα μη κωδικά RNA (noncoding RNAs ncRNAs) συμμετέχουν σε ένα αξιοθαύμαστο αριθμό βιολογικών

λειτουργιών. Ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση στο επίπεδο της μεταγραφής, της μεταμεταγραφικής

τροποποίησης και της μετάφρασης.

Προστατεύουν το γονιδίωμα των κυττάρων από ξένο DNA. Eλέγχουν τη σύνθεση του DNA. Τα

περισσότερα μη κωδικά RNA λειτουργούν μαζί με πρωτεΐνες, ενώ στα ριβόζυμα και στους

ριβοδιακόπτες το RNA μόνο είναι υπεύθυνο για τη βιολογική δράση. Πολλά εκδηλώνουν τη δράση

τους όταν συνδέονται επιλεκτικά με άλλα νουκλεικά οξέα.

Περιλαμβάνουν το rRNA, ριβοσωμικό RNA, το tRNA, μεταφορικό RNA, το snRNA, μικρό πυρηνικό

RNA, το snoRNA, μικρό πυρηνισκικό RNA, την TR, RNA τελομεράση, τα miRNAs, micro RNAs, τα

Endogenous-siRNA, τα rasiRNA, Repeat-derived RNA, τα piRNA, piwi-associated RNA, το eRNA,

Enhancer-derived RNA, το PATs, Promoter-associated RNA και τα lncRNA, Long non-coding RNA.

Είναι ελπιδοφόρο ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία κάποιων μορφών καρκίνου, όπως

του ήπατος και σε αιματολογικές κακοήθειες.

Χρησιμοποιούνται και στην επιλεκτική απενεργοποίηση γονιδίων π.χ. στη σαλαμάνδρα,

προσπαθώντας να ανακαλύψουν την αναγεννητική της ιδιότητα. Αυτό πιθανόν θα οδηγήσει στην

αναγέννηση νευρώνων που είναι σημαντικό στη θεραπεία ασθενειών όπως Huntington's,

Parkinsons, και Alzheimer’s.


Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιλαμβάνει δυο βασικές κατηγορίες γονιδίων: α) γονίδια που

μεταγράφονται σε αγγελιαφόρο RNA (m RNA) το οποίο μεταφράζεται σε πρωτεΐνες και β) γονίδια

που μεταγράφονται και παράγεται μια τεράστια ποικιλία μορίων RNA που δεν μεταφράζονται σε

πρωτεΐνες.

Αυτά τα μόρια RNA αναφέρονται ως μη κωδικά (non-coding RNAs ncRNAs).

[1], Πίνακας 1.

Στον άνθρωπο, οι αλληλουχίες που κωδικοποιούν πρωτεΐνες αποτελούν περίπου το 1.5% του

γονιδιώματος του, όταν υπολογίζονται και οι παρεμβαλόμενες αλληλουχίες τα ιντρόνια (introns)

μέσα στα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες καθώς και οι 5΄και 3΄αμετάφραστες περιοχές, ο

αριθμός αυτός ανεβαίνει στο ∼28%. Το υπόλοιπο περιλαμβάνει επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες

και το θεωρούσαν ‘junk’ DNA, ωστόσο σύμφωνα με το πρόγραμμα Encyclopedia of DNA Elements

(ENCODE) το ∼80% του γονιδιώματος συμμετέχει σε βιοχημικές διαδικασίες. [2]

Εικόνα 1: Σύνθεση διαφόρων κλάσεων μη κωδικών RNA (ncRNAs) σε γονιδίωμα θηλαστικών. [3]


Πίνακας 1: Κατηγορίες ncRNAs

Housekeeping ncRNAs

rRNA, ριβοσωμικό RNA Μηχανή μετάφρασης

tRNA, μεταφορικό RNA Μεταφορά αμινοξέων

snRNA, μικρό πυρηνικό RNA Επεξεργασία RNA

snoRNA, μικρό πυρηνισκικό RNA Τροποποιήσεις RNA

TR, RNA τελομεράση Σύνθεση άκρων χρωμοσωμάτων

Regulatory ncRNAs

miRNAs, micro RNAs Σταθερότητα RNA και έλεγχος

μετάφρασης

Endogenous-siRNA Αποικοδόμηση RNA

rasiRNA, Repeat-derived RNA Έλεγχος μεταγραφής

piRNA, piwi-associated RNA Τρανσποζόνια και αποικοδόμηση RNA

eRNA, Enhancer-derived RNA Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης

PATs, Promoter-associated RNA Έναρξη μεταγραφής

lncRNA, Long non-coding RNA Γονιδιακή αποτύπωση, επιγενετική,

δομή DNA


Η σύνθεση όλων των μορίων RNA καταλύεται από το ένζυμο RNA πολυμεράση, οι ευκαρυωτικοί

διαθέτουν τρία είδη. Εικόνα 1,2, Πίνακας 2.

Berg, Tymoczko, Stryer - Biochemistry - Fifth Edition

Εικόνα 2: Μεταγραφική φούσκα (Transcription Bubble). Σχηματική αναπαράσταση του

μηχανισμού της μεταγραφής. Διακρίνεται η σύνθεση ενός μορίου RNA. Η διπλή έλικα ξετυλίγεται

από τη RNA polymerase. Δημιουργείται ένα υβρίδιο RNA-DNA. Μια αναδίπλωση του RNA που

αποτελείται από πολλές ουρακίλες (σε ορισμένα γονίδια) οδηγεί στο τερματισμό της

μεταγραφής.

Πίνακας 2: RNA πολυμεράσες

Περιοχή δράσης σύνθεση

RNA polymerase I πυρηνίσκος 18S, 5.8S, και 28S rRNA

RNA polymerase II πυρηνόπλασμα mRNA και snRNA

RNA polymerase III πυρηνόπλασμα tRNA και 5S rRNA


Ριβοσώμικο RNA rRNA

Το ριβόσωμα είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεινικό σύμπλοκο υπεύθυνο για την πρωτεινοσύνθεση.

Ανακαλύφθηκε από το George Palade το 1955.

Ο βασικός μηχανισμός της μετάφρασης στηρίζεται στο ριβοσωμικό RNA, για αυτό θεωρούνται

ριβόζυμα. [4,5,6,7]

Το βακτηριακό χρωμόσωμα αποτελείται από τη μικρή υπομονάδα με συντελεστή καθίζησης 30S, η

οποία περίχει το 16S rRNA και περίπου 20 πρωτεΐνες, και τη μεγάλη υπομονάδα 50S, η οποία

περιέχει το 23S rRNA, 5S rRNA, και πάνω από 30 πρωτεΐνες. Στα θηλαστικά η μικρή υπομονάδα

περιέχει το 18S rRNA και 33 πρωτεΐνες, ενώ η μεγάλη υπομονάδα τα 28S, 5,8S, 5S rRNA που είναι

προϊόντα ωρίμανσης ενός πρόδρομο μορίου RNA, και 49 πρωτεΐνες. [8]

Η μεταμεταγραφική τροποποίηση δεν περιορίζεται μόνο στο mRNA, αλλά τα ριβοσωμικά RNA και

των προκαρυωτικών και των ευκαρυωτικών προέρχονται από preribosomal RNAs, η pre-rRNAs. Τα

16S, 23S, και 5S rRNAs (στους προκαρυωτικούς) προέρχονται από ένα πρόδρομο μόριο 30S RNA με

6.500 νουκλεοτίδια. Στους ευκαρυωτικούς το 45S pre-rRNA σχηματίζει το 18S, 28S, και

5.8S rRNAs. Εικόνες 3,4.


Εικόνα 3: Σχήμα αναδίπλωσης ριβοσωμικού RNA. (Α) Η δευτεροταγής δομή του ριβοσωμικού RNA

16 S. (Β) Η τριτοταγής δομή του RNA 16 S που προσδιορίστηκε με κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ.

[(Α), Ευγενική προσφορά Dr. Bryn Weiser και Dr. Harry Noller.]


Lehninger Principles of Biochemistry, Fourth Edition - David

Εικόνα 4: Μεταμεταγραφική τροποποίηση των pre-rRNA σε βακτήρια και σπονδυλωτά.


Το ριβόσωμα διαθέτει τρεις περιοχές αλληλεπίδρασης με τρία διαφορετικά μόρια tRNA, οι οποίες

παρουσιάζονται στην Εικόνα 5. Η Α περιοχή (A-site) δέχεται το αμινοάκυλο-tRNA που φέρει

προσδεδεμένο το αμινοξύ που πρόκειται να προστεθεί στην αυξανόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα. Η

Ρ περιοχή (P-site) δέχεται το πεπτιδυλο-tRNA, το tRNA δηλαδή που φέρει την συντιθέμενη σε κάθε

χρονική στιγμή αλυσίδα αμινοξέων. Η Ε περιοχή (E-site) φέρει το αποακυλιωμένο tRNA, δηλαδή το

μόριο του tRNA που έχει προκύψει έπειτα από την απομάκρυνση του πεπτιδίου από το πεπτιδυλο-

tRNA. [9]

Εικόνα 5. Παρουσιάζει τις θέσεις δέσμευσης των tRNAs από την πλευρά της 30S υπομονάδας

(αριστερά) και από την πλευρά της 50S υπομονάδας (δεξιά). Με πράσινο χρώμα αποδίδεται η Α

περιοχή, με σκούρο μπλε αποδίδεται η P περιοχή και με πορτοκαλί αποδίδεται η Ε περιοχή.

Επίσης, με ″∧″ υποδηλώνεται το 3′-CCA άκρο του tRNA που δεσμεύεται στην Α περιοχή ενώ με ″∗″

υποδηλώνεται το 3′-CCA άκρο του tRNA που δεσμεύεται στην Ρ περιοχή και το οποίο στη

συνέχεια μετατοπίζεται στην Ε-περιοχή.


Μεταφορικό RNA, tRNA

Το μεταφορικό RNA λειτουργεί ως προσαρμοστικό μόριο το οποίο δεσμεύεται σε ένα ειδικό

κωδικόνιο και φέρει μαζί του ένα αμινοξύ για ενσωμάτωση σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Κάθε

μόριο tRNA μεταφέρει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, το οποίο συνδέεται με ειδικά ένζυμα της

αμινοακυλοtRNAσυνθετάσες. [10]

Πρώτος ο Robert Holley προσδιόρισε το 1965 την αλληλουχία βάσεων ενός

μορίου tRNA. Το κάθε ένα είναι μια μονόκλωνη αλυσίδα που περιέχει από 73 έως 93

ριβονουκλεοτίδια. Περιέχουν πολλές ασυνήθιστες βάσεις, συνήθως από 7 έως 15 ανά μόριο.

Περίπου τα μισά από τα νουκλεοτίδια των μορίων tRNA συνδέονται με ζεύγη βάσεων σχηματίζοντας

διπλές έλικες. Το ενεργοποιημένο αμινοξύ είναι συνδεδεμένο με μια υδροξυλική ομάδα του

καταλοίπου αδενοσίνης, το οποίο βρίσκεται στο 3΄-άκρο της αλληλουχίας CCA του βραχίονα

υποδοχής. To αντικωδικόνιο βρίσκεται σε μια θηλιά κοντά στο κέντρο της αλληλουχίας. Η

τριδιάστατη δομή ενός μορίου tRNA προσδιορίστηκε για πρώτη φορά το

1974 με μελέτες κρυσταλλογραφίας με ακτίνες X που έγιναν στα εργαστήρια

των Alexander Rich και Aaron Klug. [11]

Τα περισσότερα κύτταρα έχουν 40-50 διαφορετικά tRNAs. Προέρχονται από πρόδρομα μόρια με

ενζυμική αφαίρεση νουκλεοτιδίων από το 5΄και 3΄άκρο. Στους ευκαρυωτικούς υπάρχουν σε μερικά

μόρια και ιντρόνια που πρέπει να αφαιρεθούν. Η ενδονουκλεάση RNase P, αφαιρεί από το 5΄άκρο

των tRNAs. Το ένζυμο αυτό αποτελείται από πρωτεΐνη και RNA, αλλά το μόριο RNA έχει την

καταλυτική δράση.

Το 3΄άκρο τροποποιείται από μια άλλη εξωνουκλεάση. Στο 3΄άκρο προστίθεται το τρινουκλεοτίδιο

CCA και εκεί συνδέεται το αμινοξύ. Οι τελικές τροποποιήσεις του μορίου περιλαμβάνουν

μεθυλίωση, απαμίνωση και αναγωγή κάποιων βάσεων. Εικόνα 6.


Εικόνα 6: Τροποποίηση πρόδρομου μορίου tRNA. Αφαίρεση 14 νουκλεοτιδίων του ιντρονίου

(κίτρινο), απομάκρυνση νουκλεοτιδίων από το 5΄άκρο (πράσινο), αφαίρεση UU και προσθήκη

CCA στο 3΄άκρο.

Berg, Tymoczko, Stryer - Biochemistry - Fifth Edition

Μικρό πυρηνικό RNA, snRNA

Τα μικρά πυρηνικά RNAs συναντώνται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων και αποτελούνται

περίπου από 300 νουκλεοτίδια. Συνθέτονται από την RNA πολυμεράση II ή III. Συμμετέχουν στην

ωρίμανση του πρόδρομου m RNA, όπου αφαιρούν τα ιντρόνια, και στη διατήρηση των τελομερών.

Ανακαλύφθηκαν αρχικά το 1966 και το 1982 προσδιορίστηκε η δομή τους.

Ο Phillip Sharp και ο Richard J. Roberts πήραν το βραβείο Nobel το 1993 για την ανακάλυψη των

εσωνίων και της διαδικασίας ωρίμανσης. [12,13,14]

5 snRNAs σχηματίζουν το σωμάτιο συναρμογής (spliceosomes), υπεύθυνο για την αφαίρεση των

ιντρονίων. Τα snRNAs συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τα ριβονουκλεοπρωτεινικά

σύμπλοκα snRNP. Η δευτεροταγής δομή τους είναι υψηλά συντηρητική σε όλους τους οργανισμούς.

[15,16]


Ο Thomas Cech και Sydney Altman ανακάλυψαν ότι τα μόρια RNA μπορούν να έχουν καταλυτική

δράση, γεγονός που άλλαξε τον προσανατολισμό στη μοριακή εξέλιξη.

Λειτουργία sn RNA

Στις εικόνες 7,8 παρουσιάζεται ο μηχανισμός ωρίμανσης (splicing) του mRNA.

Στα ιντρόνια το 5΄άκρο έχει συνήθως τις βάσεις GU και στο 3΄άκρο AG.

Ο μηχανισμός έχει τα χαρακτηριστικά ριβόζυμου. [17]

Το εναλλακτικό μάτισμα (Alternative splicing) είναι ένας βασικός μηχανισμός γενετικής ποικιλότητας

στους ευκαρυωτικούς και αιτιολογεί και το μικρό αριθμό γονιδίων στο ανθρώπινο γονιδίωμα. [18]

Εικόνα 7: Το μάτισμα είναι μια διαδικασία ωρίμανσης του pre-mRNA κατά την οποία τα ιντρόνια

(introns) του pre-RNA αποκόπτονται και το υπόλοιπο μόριο (εξόνια) επανασυνδέεται ώστε να

σχηματιστεί ένα ενιαίο ώριμο μετάγραφο μόριο. Το μάτισμα γίνεται ταυτόχρονα με τη

μεταγραφή.


Εικόνα 8: Η όλη διαδικασία περιλαμβάνει δύο βήματα και σε αυτή βασικό ρόλο διαδραματίζει η

θέση διακλάδωσης του ιντρονίου. Υπάρχουν 5 βασικές snRNP που προσδιορίζονται από το snRNA

που φέρουν: U1, U2, U4, U5 και U6 snRNA.

Από αυτά το U1snRNP αναγνωρίζει τη θέση ματίσματος του προηγούμενου εξονίου- ιντρονίου

ενώ το U2snRNP τη θέση διακλάδωσης και τη θέση ματίσματος του ιντρονίου- επόμενου εξονίου.

[19, 20, 21 22, 23, 24, 25, 26, 27]


Μικρό πυρηνισκικό RNA, snoRNA

Το μικρό πυρηνισκικό RNA (snoRNAs or Small Nucleolar RNA), τροποποιεί το αρχικό ριβοσωμικό RNA

(pre-rRNA) στις λειτουργικές υπομονάδες του 18S, 5.8S και 28S.

Πολλά snoRNA’s προέρχονται από την τροποποίηση ιντρονίων. [28]

Στα θηλαστικά έχουν αναγνωριστεί πάνω από 200 snoRNAs, η πλειοψηφιά των οποίων παίρνει

μέρος στη μεθυλίωση (box C/D) ή ψευδοουριδυλίωση (box H/ACA) των rRNA νουκλεοτιδίων. [29]

Η ονομασία snoRNA επινοήθηκε το 1981, αλλά την αρχική σύλληψή για το πρώτο μικρό πυρηνισκικό

RNA, U3, συνέβη πάνω από δέκα χρόνια νωρίτερα. [30, 31]

Σε πολλούς ευκαρυωτικούς οργανισμούς έχουν βρεθεί οι δύο οικογένειες του μικρού πυρηνισκικού

RNA (box C/D και box H/ACA). Παρόμοια δράση έχει βρεθεί και στα αρχαία, γεγονός που

υποδηλώνει ότι αυτές οι τροποποιήσεις στο RNA των προκαρυωτικών εξελεκτικά προέρχεται από τα

αρχαία και όχι τα βακτήρια. [32, 33]

Κατά τη διάρκεια της βιοσύνθεσης του ριβοσώματος το pre-rRNAs πρέπει να υποστεί

τροποποιήσεις, κυρίως μεθυλίωση του 2’ άκρου της ριβόζης και ψευδοουριδυλίωση. Στον άνθρωπο

οι υπομονάδες 18S, 5.8S, και 28S rRNAs διαθέτουν περίπου 110 2'-O-μεθυλομάδες και 100

ψευδοουριδίνες. [34], εικόνα 9.


Εικόνα 9: Η 2'-O μεθυλίωση των νουκλεοτιδίων πιθανόν προστατεύει το RNA από την

υδρόλυση. Η ψευδοουριδίνες συμβάλλουν στην τριτοταγή δομή του RNA βοηθώντας στο

σχηματισμό δεσμών υδρογόνου. [35, 36]


Ενώ αρχικά τα snoRNAs παρουσιάστηκαν σαν ένζυμα τροποποίησης του rRNA, πιθανόν να

εμπλέκονται και στην τροποποίηση του μικρού πυρηνικού RNA, καθώς και στην επεξεργασία του

m RNA. [37, 38, 39, 40]

Το snoRNA, HBII-52 στον ανθρώπινο εγκέφαλο εμπλέκεται στο εναλλακτικό μάτισμα του υποδοχέα

της σεροτονίνης. Εντοπίζεται στο ανθρώπινο γονιδίωμα στην περιοχή 15q11q13 που σχετίζεται με

δύο νευρολογικές διαταραχές: το σύνδρομο Prader-Willi και το σύνδρομο Angelman. Η απώλεια

του συγκεκριμένου snoRNA εμπλέκεται στις ασθένειες αυτές λόγω μη κανονικού ματίσματος του

mRNA του υποδοχέα της σεροτονίνης. [41]

TR, RNA Τελομεράσης

Η τελομεράση είναι μια ριβονουκλεοπρωτείνη και ως ένζυμο διατηρεί τα άκρα των χρωμοσώματων

(τελομερή) κατά την αντιγραφή του DNA. Προσθέτει μονόκλωνα τμήματα DNA στα άκρα των

χρωμοσωμάτων, χρησιμοποιώντας ως καλούπι μια μικρή αλυσίδα RNA. [42, 43], εικόνα 10

Εικόνα 10: Δράση Τελομεράσης, φαίνεται η μικρή αλυσίδα RNA που διαθέτει το ένζυμο.

http://en.wikibooks.org/wiki/File:Telemerase.JPG


microRNAs

Εικόνα 11: Σύνθεση

microRNAs


Τα Micro RNAs έχουν ανακαλυφθεί πρόσφατα και αποτελούν μια ξεχωριστή ομάδα non-

coding RNAs που παίζει ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Συμμετέχουν στην καταστολή

της μετάφρασης, αποικοδόμηση mRNA και αποαδενυλίωση. Η πρώτη περιγραφή τους έγινε το 1993

από τον Lee και τους συνεργάτες του. [44]

Τα ώριμα microRNAs είναι μικρά, μονόκλωνα μόρια RNA με μήκος περίπου 22 νουκλεοτιδία.

Μοιάζουν με τα μικρά παρεμβαλλόμενα RNA, small interfering RNA (siRNA), τα οποία και αυτά

συνδέονται σε συμπληρωματικές αλληλουχίες του mRNA και εμποδίζουν τη μετάφραση, αλλά

αντίθετα με τα siRNA τα οποία είναι δίκλωνα, τα miRNA είναι μονόκλωνα και είναι μερικώς

συμπληρωματικά με τα μόρια mRNA.

Τα MicroRNA γονίδια μεταγράφονται από την RNA polymerase II και παράγονται τα πρόδρομα pri-

microRNA (περίπου 70 νουκλεοτίδια), τα οποία τα τροποποιεί ένα πρωτεϊνικό σύμπλεγμα που

περιέχει το ένζυμο RNase III Drosha, και την πρωτεΐνη που συνδέεται σε δίκλωνο RNA,

Pasha/DGCR8. [45]

Στη συνέχεια τα pre-miRNAs με την πρωτεΐνη karyopherin exportin 5 (Exp5) μεταφέρονται στο

κυτταρόπλασμα όπου τροποποιούνται από το ένζυμο RNAse III Dicer. Το ένζυμο αυτό ενεργοποιεί

και το σχηματισμό του συμπλέγματος RNA-induced silencing complex RISC, το οποίο καταστέλλει τη

γονιδιακή έκφραση. Εικόνες 11, 12 [46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54]

Τα MicroRNAs συνήθως συνδέονται στις 3΄αμετάφραστες περιοχές του m RNA (3’UTR). Αυτή η

σύνδεση παρεμποδίζει τη σύνθεση της πρωτεΐνης ή ενεργοποιεί την αποικοδόμηση του mRNA. Ένα

microRNA μπορεί να έχει στόχο μέχρι και 100 διαφορετικά mRNAs.

Τα MicroRNAs εμπλέκονται στον έλεγχο του κυτταρικού κύκλου, στην απόπτωση, στη

διαφοροποίηση κυττάρων, στην αιμοποίηση, στην ανάπτυξη του καρδιακού μυ αλλά και σκελετικών

μυών, στη νευρογένεση, στην έκκριση ινσουλίνης, στο μεταβολισμό της χοληστερόλης, στην

ανοσοβιολογική απόκριση και στον πολλαπλασιασμό των ιών.

Επιπρόσθετα σχετίζονται με διάφορες μορφές καρκίνου, καρδιοπάθειες και νευρολογικές

διαταραχές. Με τα τελευταία δεδομένα έχουν αναφερθεί 14000 microRNAs.


Εικόνα 12: Σύνθεση και δράση micro RNAs

RISC Complex

Όταν το Dicer διασπά το pre-miRNA, δύο συμπληρωματικά μικρά μόρια RNA σχηματίζονται, ένα

από αυτά συμμετέχει στο σύμπλοκο RISC. Το RISC είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεινικό σύμπλοκο που

περιέχει πρωτεΐνες από την οικογένεια των Αργοναυτών (Argonaute (Ago) family of proteins). Οι

πρωτεΐνες αυτές έχουν δράση ενδονουκλεάσης στο τμήμα του mRNA που συνδέεται με το τμήμα

του miRNA που διαθέτουν. [55]

Διάφορα miRNAs έχουν συνδεθεί με τον καρκίνο κα την καρδιοπάθεια.

MicroRNAs δεν συνθέτονται επαρκώς σε καρκίνο του πνεύμονα, του στήθους και του παχέος

εντέρου, ενώ υπερεκφράζονται στο λέμφωμα Burkitt’s και των Β λεμφοκυττάρων.

Συνεπώς, τα ανθρώπινα miRNAs θεωρούνται ένας χρήσιμος δείκτης για τη διάγνωση του καρκίνου

και πιθανόν για τη θεραπεία ασθενειών.


Επιπρόσθετα παίζουν σημαντικό ρόλο στην καρδιακή λειτουργία, στην ανάπτυξη των μυοκυττάρων

και στη διατήρηση του καρδιακού ρυθμού. Η μη φυσιολογική έκφραση των miRNAs μπορεί να

οδηγήσει σε διάφορες μορφές καρδιακών ασθενειών. [56, 57, 58]

small interfering RNA, siRNA

RNAi ανακαλύφθηκαν από τους Craig Mello και Andrew Fire το 1990s. [59]

siRNAs, είναι γνωστά με διάφορα ονόματα όπως: small interfering RNA, short interfering RNA, και

silencing RNA.

Είναι δίκλωνα μόρια RNA 20-25 νουκλεοτίδια σε μήκος.

Παρεμποδίζουν την έκφραση γονιδίων, έχουν αντιιική δράση, εμπλέκονται στη δομή του

γονιδιώματος.

Η σύνθεση τους στο εργαστήριο είναι δυνατή και επιτρέπει τη χρήση τους στην αντιμετώπιση του

Human Immunodeficiency virus (HIV). [60]

Μια εφαρμογή των RNAi είναι στο αντισυλληπτικό χάπι, εμποδίζει τη γονιμοποίηση

παρεμβαίνοντας στο γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη, η οποία επιτρέπει το σπερματοζωάριο

να συνδεθεί στο ωάριο. [61]

RNAi χρησιμοποιούνται και στην επιλεκτική απενεργοποίηση γονιδίων π.χ. στη σαλαμάνδρα,

προσπαθώντας να ανακαλύψουν την αναγεννητική της ιδιότητα. Αυτό πιθανόν θα οδηγήσει στην

αναγέννηση νευρώνων που είναι σημαντικό στη θεραπεία ασθενειών όπως Huntington's,

Parkinsons, και Alzheimer’s. [62, 63]

Repeat associated small interfering RNA (rasiRNA)

Είναι μια ομάδα μικρών μορίων RNA που αλληλοεπιδρούν με πρωτεΐνες Piwi. Εικόνα 13.

Οι πρωτεΐνες αυτές ανήκουν στην οικογένεια των Αργοναυτών.

RasiRNA εμπλέκονται στη δομή της ετεροχρωματίνης, στην απενεργοποίηση τρανσοποζονίων και

ρετροτρανσποζονίων. [64, 65, 66]

RasiRNA έχουν παρατηρηθεί στη Drosophila όπου και ανακαλύφθηκαν το 2001, σε μονοκύτταρους

ευκαρυωτικούς οργανισμούς, όχι όμως ακόμη σε θηλαστικά. [67]


Τα piRNAs, έχουν 24-31 νουκλεοτίδια μήκος, ενώ τα rasiRNAs έχουν 24-29 νουκλεοτίδια μήκος

ανάλογα με τον οργανισμό προέλευσης. [68, 69, 70]

The ping-pong mechanism for the biogenesis of the 5' end of rasiRNA.

Εικόνα 13: Ο μηχανισμός βιοσύνθεσης των rasiRNA είναι ένας ping-pong μηχανισμός. Το

Piwi/Aub είναι το rasiRNA. Τα rasiRNAs ταιρίαζουν με το μη νοηματικό κλώνο των

ρετροτρανσποζονίων. Τα Ago3 RNAs προέρχονται από το νοηματικό κλώνο. Έχει βρεθεί η

σύνθεση του 5΄άκρου, ενώ του 3΄΄ακρου είναι άγνωστη.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:RasiRNA_biogen.jpg


Enhancer RNAs eRNAs

Είναι μια ομάδα μη κωδικών RNA με μήκος 50-2000 νουκκλεοτίδια, τα οποία προέρχονται από τη

μεταγραφή των αλληλουχιών των ενισχυτών. Ανακαλύφθηκαν το 2010. [71], εικόνα 14

Διακρίνονται δύο ομάδες: 1D eRNAs και 2D eRNAs, που διαφέρουν στο μέγεθος και στην

πολυαδενυλίωση. [72, 73]

Εικόνα 14: Σύνθεση eRNA. Μετά τη σύνθεση τους παραμένουν στον πυρήνα. [74]


Εικόνα 15: Πιθανός μηχανισμός των eRNA, εμπλέκονται στη ρύθμιση της μεταγραφής. [75]

Ο μεταγραφικός παράγοντας p53 έχει αποδειχθεί να δεσμεύεται σε περιοχές ενισχυτών και να

δημιουργήσει eRNAs με ένα p53-εξαρτώμενο τρόπο. Αυτές οι περιοχές των ενισχυτών p53BERs

εμφανίζονται να αλληλοεπιδρούν με πολλαπλά γονίδια που συμμετέχουν στον πολλαπλασιασμό

κυττάρων και την επιβίωση. Επιπλέον eRNAs, που παράγονται από την ενεργοποίηση του p53BERs,

απαιτούνται για την αποτελεσματική μεταγραφή των p53 γονιδίων στόχων, που δηλώνει το πιθανό

σημαντικό ρυθμιστικό ρόλο των eRNAs στην καταστολή των όγκων και τον καρκίνο. [76, 77]


Long non coding RNAs, lncRNA

Long non coding RNAs, lncRNA, είναι μη κωδικά RNA με μήκος μεγαλύτερο από 200 νουκλεοτίδια.

[78]

Η μεταγραφή και η έκφραση lncRNA αποδείχτηκε να είναι μη φυσιολογική στην ανθρώπινη

λευχαιμία και να συμβάλει στην απόπτωση καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου, γεγονός που

υποδηλώνει τη συμμετοχή τους στην καρκινογένεση. [79]

Πρόσφατα βρέθηκε συσχέτιση τους με την έκφραση του γονιδίου της απολιπορωτείνης A1 (APOA1).

[80]

Επίσης συμμετέχουν στα μονοπάτια τροποποίησης της χρωματίνης (επιγενετικές τροποποιήσεις,

μεθυλίωση, ακετυλίωση ιστονών). [81, 82, 83]

Aνάλυση έδειξε ένα ncRNA να συνδέεται με το γονίδιο p15 και να προκαλεί αλλαγές ρυθμίζοντας

την έκφραση του. Η απενεργοποίηση αυτού του ογκοκατασταλτικού γονίδιου συμβάλλει στην

ογκογένεση. [84]

Η Mary Lyon διατύπωσε την υπόθεση ότι σε κάθε κύτταρο φυσιολογικού θηλυκού ατόμου

αδρανοποιείται το ένα από τα δύο Χ χρωμοσώματα. Η αδρανοποίηση συμβαίνει μόνο στα σωματικά

κύτταρα. Για κάθε κύτταρο είναι θέμα τύχης αν αδρανοποιηθεί το πατρικό η το μητρικό Χ

χρωμόσωμα. [85, 86]

Στον άνθρωπο και το ποντίκι το χρωμόσωμα Χ περιέχει μια θέση XIST, που είναι ενεργή μόνο στο

αδρανοποιημένο χρωμόσωμα. Η θέση αυτή παράγει ένα lncRNA.

Υπάρχουν πρόσθετα ncRNAs που είναι παρόντα στο Xist, συμπεριλαμβανομένων των μεταγράφων

Tsix, που εκφράζονται από το μελλοντικό ενεργό χρωμόσωμα και καταστέλλουν την έκφραση του

Xist. Μαζί αυτά τα ncRNAs εξασφαλίζουν ότι μόνο ένα χρωμόσωμα Χ είναι ενεργό στα θηλυκά

θηλαστικά. [87]

Πολλές μελέτες έχουν συνδέσει τα long ncRNAs σε διάφορες νευρολογικές, στην ογκογένεση και στη

διαδικασία γήρανσης. Η πρώτη δημοσίευση έγινε το 1992 από το Lukiw et al. [88, 89]

Η έκφραση ncRNAs έχει συνδεθεί και με τον καρκίνο του προστάτη. [90]

Πρόσφατα με τη μέθοδο των πολυμορφισμών ενός νουκλεοτιδίου (single nucleotide polymorphisms

SNPs) χαρτογραφήθηκαν πολλά long ncRNAs.


Με τη μέθοδο αυτή βρέθηκε ένα long ncRNA το MIAT (myocardial infarction associated transcript)

που συνδέεται με το έμφραγμα του μυοκαρδίου.

Επίσης προσδιορίστηκε στο γονιδίωμα περιοχή που συνδέεται με τη στεφανιαία νόσο και

εμπλέκεται ένα long ncRNA. [91, 92]

Αλλαγές στην έκφραση ncRNAs μπορεί να αλλάζουν την έκφραση των γονιδίων επιγενετικά, π.χ. η

επαγωγή σύνθεσης ncRNAs λόγω μετάλλαξης οδήγησε σε μεθυλίωση του DNA και διακοπή

έκφρασης γονιδίου προκαλώντας β- θαλασσαιμία. [93]

Το 2013 έρευνα αποκάλυψε δεκάδες χιλιάδες lincRNAs στον άνθρωπο. Μερικά από αυτά

συνδέονται στο m RNA και μπλοκάρουν τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τουλάχιστον 26 διαφορετικά

lincRNAs απαιτούνται για να αποτραπεί η διαφοροποίηση των εμβρυακών στελεχιαίων

κυττάρων.[94]


ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΑ ΜΗ ΚΩΔΙΚΑ RNA

Στόχοι: Μετά την ολοκλήρωση της ενότητας οι μαθητές θα πρέπει:

1. Να αναγνωρίζουν τις διαφορές στη δομή του DNA και RNA.

2. Να εξηγούν πως το μονόκλωνο RNA αναδιπλώνεται στο χώρο.

3. Να αναγνωρίζουν τους διάφορους τύπους ncRNA, snRNA, rRNA, και tRNA.

4. Να διαπιστώσουν τις λειτουργίες που επιτελούν τα διάφορα μόρια RNA.

5. Να προβληματιστούν για το εάν το RNA έχει προηγηθεί από το DNA κατά τη διάρκεια της

εξέλιξης.

Πορεία της διδασκαλίας:

1. Οι μαθητές στην παρακάτω εικόνα (1) παρατηρούν τις διαφορές στη δομή των μορίων DNA

και RNA.

Εικόνα 1: Δομή DNA και RNA.


2. Αποσαφήνιση της έννοιας του γονιδίου. Διάκριση των γονιδίων σε δύο βασικές κατηγορίες:

γονίδια που μεταγράφονται σε mRNA και μεταφράζονται σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες και

γονίδια που μεταγράφονται και δίνουν τα t RNA, r RNA, sn RNA.

3. Παρουσίαση της ροής της γενετικής πληροφορίας. Εικόνα 2

Εικόνα 2: Γονιδιακή έκφραση.


4. Παρατήρηση της δομής των τριών μη κωδικών RNA. Σύνδεση δομής και λειτουργίας.

Εικόνες 3,4,5

Εικόνα 3: Δομές των snRNA, που συμμετέχουν στη διαδικασία ωρίμανσης του mRNA


Εικόνα 4: Δομή tRNA, στο 3΄άκρο γίνεται η σύνδεση με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, το

αντικωδικόνιο είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με το κωδικόνιο του mRNA και

συνδέεται με αυτό στη μετάφραση.

Εικόνα 5: Δομή ριβοσωμάτων.


5. Παρουσίαση της διαδικασίας ωρίμανσης με animation και εικόνες 6 κα 7.

http://www.dnalc.org/view/16938-3D-Animation-of-RNA-Splicing.html

animation of splicing

Εικόνα 6: Ωρίμανση του m RNA.

Εικόνα 7: Αφαίρεση ενός ιντρονίου.

http://www.dnalc.org/view/16938-3D-Animation-of-RNA-Splicing.html


6. Ανάλυση της διαδικασίας της μετάφρασης και αναφορά στο ρόλο των t RNA και r RNA.

Γίνεται προσέγγιση της διαδικασίας με animation και τις εικόνες 8,9,10,11,12,13,14,15.

http://www.pbslearningmedia.org/resource/nvra.sci.lprna/nova-rna-lab-lesson-plan/

animation RNA/ PROTEIN SYNTHESIS /ORIGIN OF LIFE

Εικόνα 8: Διαδικασία μετάφρασης του m RNA (είναι συνδεδεμένα τρία ριβοσώματα).

Εικόνα 9: Έναρξη της μετάφρασης και αρχή επιμήκυνσης.

http://www.pbslearningmedia.org/resource/nvra.sci.lprna/nova-rna-lab-lesson-plan/


Εικόνα 10: Πολύσωμα.

Εικόνα 11: Λειτουργία των υπομονάδων του ριβοσώματος.


Εικόνα 12: Δομή του 16S r RNA και ρόλος στην πρωτεινοσύνθεση.

Εικόνα 13: Έναρξη μετάφρασης.


Εικόνα 14. Επιμήκυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Εικόνα 15: Τερματισμός της πρωτεινοσύνθεσης.


7. Μετά από την παρουσίαση των λειτουργιών των μορίων RNA, προβληματισμός για το ποιο

μόριο προηγήθηκε στην διαδικασία της εξέλιξης.

Αξιολόγηση:

1) Τα γονίδια όταν μεταγράφονται παράγουν:

α) πρωτεΐνες

β) m RNA και άλλα είδη RNA

γ) DNA

δ) Όλα τα προηγούμενα

2) Κατά τη μεταγραφή του DNA συνθέτεται ένα:

α) δίκλωνο μόριο DNA

β) μονόκλωνο μόριο DNA

γ) δίκλωνο μόριο RNA

δ) μονόκλωνο μόριο RNA

3) Η ωρίμανση του m RNA είναι μια διαδικασία η οποία:

α) οδηγεί στη δημιουργία m RNA χωρίς εξώνια

β) καταλύεται από το ένζυμο DNA ελικάση

γ) συμβαίνει μόνο στους προκαρυωτικούς

δ) συμβαίνει μόνο στους ευκαρυωτικούς

4) Τα μόρια t RNA που χρησιμοποιούνται στη μετάφραση:

α) Παράγονται στα ριβοσώματα

β) Κωδικοποιούνται από γονίδια

γ) Περιέχουν ένα κωδικόνιο

δ) Αποτελούνται από δεοξυριβονουκλεοτίδια

Σωστό/Λάθος

1. Δυο μόρια t RNA με ίδιο αντικωδικόνιο μεταφέρουν απαραίτητα το ίδιο αμινοξύ.

2. Δυο μόρια t RNA με διαφορετικό αντικωδικόνιο μεταφέρουν απαραίτητα διαφορετικό

αμινοξύ.

3. Κατά τη διάρκεια της μετάφρασης, το m RNA κινείται ώστε να αλλάζει σταδιακά θέσεις ως

προς το ριβόσωμα.


Δίνεται η σειρά των αντικωδικονίων των μορίων t RNA που συμμετέχουν στη σύνθεση του

πεπτιδίου που κωδικοποιείται από το παρακάτω γονίδιο: 5΄ACC 3΄, 5΄GAC 3΄, 5΄AAC 3΄, να γράψετε

το m RNA και τη μη κωδική μέσα στη θηλιά.


Βιβλιογραφία

1. Eddy, SR. Non-coding RNA genes and the modern RNA world. Nat Rev Genet 2001; 2: 919–29.

2. Bernstein, BE, Birney, E and Dunham, I et al. An integrated encyclopedia of DNA elements in

the human genome. Nature 2012; 489: 57–74.

3. Non-coding RNA: a new frontier in regulatory biology, Xiang-Dong Fu National Science Review

00: 1–15, 2014

4. J Biophys Biochem Cytol. Jul 25, 1956; 2(4): 85–98. ΤHE ENDOPLASMIC RETICULUM George E.

Palade.

5. H. F. Noller, V. Hoffarth, L. Zimniak, Science 256, 1416 (1992).

6. R. Green, H. F. Noller, Annu. Rev. Biochem. 66, 679 (1997).

7. P. Nissen, J. Hansen, N. Ban, P. B. Moore, T. A. Steitz, Science 289, 920 (2000).

8. Washington, DC, 2000); W. E. Hill et al., Eds., The Ribosome: Structure, Function and Evolution

(American Society for Microbiology, Washington, DC, 1990).

9. Lake, J.A. (1976) Ribosome structure determined by electron microscopy of Escherichia coli

small subunits, large subunits and monomeric ribosomes. J Mol Biol, 105, 131-139.

10. Τhe adaptor hypothesis revisited. Trends Biochem Sci. 2000 Jul;25(7):311-6 Ibba M1, Becker

HD, Stathopoulos C, Tumbula DL, Söll D.

11. J. Biosci. 31(4), October 2006, 453–457 The crystal structure of tRNA BRIAN F C CLARK

12. Busch H, Reddy R, Rothblum L, Choi YC. SnRNAs, SnRNPs, and RNA processing. Annu Rev

Biochem. 1982;51:617–654

13. Ryan J. Taft, Evgeny A. Glazov, Timo Lassmann, Yoshihide Hayashizaki, Piero Carninci, and

John S. Mattick Small RNAs derived from snoRNAs RNA. Jul 2009; 15(7): 1233–1240.

14. Atzorn V1, Fragapane P, Kiss T. U17/snR30 is a ubiquitous snoRNA with two conserved

sequence motifs essential for 18S rRNA production. Mol Cell Biol. 2004 Feb;24(4):1769-78.

15. Xiaowei Sylvia Chen,* W. Timothy J. White, Lesley J. Collins, and David Penny Computational

Identification of Four Spliceosomal snRNAs from the Deep-Branching Eukaryote Giardia

intestinalis PLoS ONE. 2008; 3(8).

16. RLP Adams, JY Knowler, DP Leader Biochemistry of the Nucleic Acids 11th ed. Chapman & Hall

Publishing.

17. Toor N, Keating KS, Taylor SD, Pyle AM (2008). "Crystal structure of a self-spliced group II

intron". Science 320 (5872): 77–82.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Palade%20GE%5Bauth%5D

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Palade%20GE%5Bauth%5D


18. Schmucker, D.; Clemens, J.C.; Shu, H.; Worby, C.A.; Xiao, J.; Muda, M.; Dixon, J.E.; Zipursky,

S.L. (2000). "Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary

Molecular Diversity". Cell 101 (6): 671–684.

19. B Alberts, a Johnson, J Lewis, M Raff, K Roberts & P Walter Molecular Biology of the Cell 5th

ed Garaland Science Publishing 2008.

20. Will, Cindy L.; Reinhard Lührmann (2011-07-01). "Spliceosome Structure and Function". Cold

Spring Harbor Perspectives in Biology 3 (7).

21. Patel, Abhijit A.; Joan A. Steitz (December 2003). "Splicing double: insights from the second

spliceosome". Nature Reviews Molecular Cell Biology 4 (12): 960–970.

22. Jamison SF, Crow A, and Garcia-Blanco MA (October 1, 1992). "The spliceosome assembly

pathway in mammalian extracts". Molecular and Cell Biology 12 (10): 4279–87.

23. Seraphin B. and Rosbash M. (1989). "Identification of functional U1 snRNA pre-messenger

RNA complexes committed to spliceosome assembly and splicing". Cell 59 (2): 349–58.

24. Legrain P, Seraphin B, Rosbash M (September 1, 1988). "Early commitment of yeast pre-

mRNA to the spliceosome pathway". Mol. Cell. Biol. 8 (9): 3755–60.

25. Query, C. C., M. J. Moore, and P. Sharp (1994). "Branch nucleophile selection in pre-mRNA

splicing: evidence for the bulged duplex model". Genes Devel. 8 (5): 587–97.

26. Burge, C.B., et al. (1999). "Splicing precursors to mRNAs by the spliceosomes". In Gesteland,

R.F., Cech, T.R., Atkins, J.F. The RNA World. Cold Spring Harbor Lab. Press. pp. 525–60.

27. Staley JP, Guthrie C (1998). "Mechanical devices of the spliceosome: motors, clocks, springs,

and things". Cell 92 (3): 315–26.

28. Terns MP, Terns RM. 2002. "Small nucleolar RNAs: versatile trans-acting molecules of ancient

evolutionary origin." Gene Express 10:17-39.

29. Lafontaine, DLJ. Tollervey, D. 1998 "Birth of the snoRNPs: the evolution of the modification-

guide snoRNAs." Trends Guide to Bioinformatics p. 383-388.

30. Olson, Mark OJ. 2004. The Nucleolus. Published by Springer 2004.

31. Maxwell, ES. Fournier, MJ. 1995. "The Small Nucleolar RNAs." Annual Reviews in

Biochemistry. 35:897-943.

32. Bachellerie, JP. et al. 2002. "The expanding snoRNA world." Biochimie. 84: 775-790.

33. Kiss, T. 2001. "Small Nucleolar RNA-guided post-transcriptional modification of cellular RNAs."

EMBO J. Vol. 20 No. 14. 3617-3622.


34. Maden, BEH et al. 1990. "The numerous modified nucleotides in eukaryotic ribosomal RNA."

Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 39:241-303.

35. Bachellerie, JP. Cavaille, J. 1998. "Small nucleolar RNAs guide the ribose methylation of

eukaryotic rRNAs." In Modification and Editing of RNA: The Alteration of RNA Structure and

Function. ASM Press, Washington, DC. p255-272.

36. Ganot, P et al. 1997. "Site specific pseudouridine formation in preribosomal RNA is guided by

small nucleolar RNAs." Cell. 89:799-809.

37. Reddy, R. Busch, H. 1988. Small nuclear RNAs: RNA sequences, structure and modifications. In

Birnstiel, M.L. "Structure and Function of Major and Minor Small Nuclear Ribonucleoprotein

Particles." Springer-Verlag, Berlin, Germany. p1-37.

38. Huttenhofer, A et al. 2001. "RNomics: an experimental approach that identifies 201

candidates for novel, small non-messenger RNAs in mouse." EMBO J.20:2943-2953.

39. Jady, BE. Kiss, T. 2001. "A small nucleolar guide RNA functions both in 2'-O-methylation and

pseudouridylation of the U5 splieosomal RNA." EMBO J. 20:541-551.

40. Cavaille, J. et al. 2000. "Identification of brain specific and imprinted small nucleolar RNA

genes exhibiting an unusual genomic organization." Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:14311-

14316.

41. Nicholls, RD. Knepper, JL. 2001. "Genome organization, function, and imprinting in Prader-

Willi and Angelman syndromes." Annu. Rev. Human Genet. 2:153–175.

42. Verdun RE, Karlseder J (2007) Replication and protection of telomeres. Nature 447:924–931.

43. Gilson E, Geli V (2007). How telomeres are replicated. Nat Rev Mol Cell Biol 8:825–838.

44. R.C Lee, R.L Feinbaum, V Ambros. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs

with antisense complementarity to lin-14. Cell, 75 (1993), pp. 843–854.

45. Denli, A. M. et al. Processing of primary microRNAs by the Microprocessor complex. Nature

2004, 432, 231–235.

46. Ruvkun, G. Molecular Biology: Glimpses of a Tiny RNA World. Science 2001, 294, 797–799.

47. Lee Y. et al. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 2004, 23, 4051–

4060.

48. Han, J. et al. The Drosha-DGCR8 complex in primary microRNA processing. Genes Dev. 2004,

18, 3016–3027.

49. Yi, R. et al. Exportin-5 mediates the nuclear export of pre-microRNAs and short Hairpin RNAs.

Genes Dev. 2003, 17, 3011–3016.


50. Moore, M. S. et al. The GTP-binding protein Ran/TC4 is required for protein import into the

nucleus. Nature 1993, 365, 661–663.

51. Lund, E. et al. Nuclear export of microRNA precursors. Science 2004, 30, 95–98.

52. Bernstein, E. et al. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference.

Nature 2001, 409, 363–366.

53. Hammond, S. M. Dicing and slicing: The core machinery of the RNA interference pathway.

FEBS Lett. 2005, 579, 5822–5829.

54. Hammond S. M. et al. An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing

in Drosophila cells. Nature 2000, 404, 293–296.

55. Filipowicz, W. et al. Post-transcriptional gene silencing by siRNAs and miRNAs. Curr. Opin.

Struct. Biol. 2005, 15, 331–341.

56. Croce, C. M. Molecular origins of cancer: Oncogenes and Cancer. N. Engl. J. Med. 2008, 358,

502–511.

57. Meltzer P. S. Cancer genomics: Small RNAs with big impacts. Nature 2005, 435, 745–746.

58. van Rooij, E. et al. MicroRNAs: powerful new regulators of heart disease and provocative

therapeutic targets. J. Clin. Invest. 2007, 117, 2369–2376.

59. Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC. Potent and specific genetic

interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 1998 Feb

19;391(6669):806-11.

60. Mansoori B, Sandoghchian Shotorbani S, Baradaran B. RNA Interference and its Role in Cancer

Therapy. Adv Pharm Bull. 2014 Dec;4(4):313-321. Epub 2014 Aug 10.

61. Magdalena Skippe. Interfering with conception. Nature Reviews Genetics 8, 905 (December

2007).

62. Hasson SA et al. “Genome-wide high-content RNAi screens identify regulators of parkin in

selective mitophagy.” Nature, November 24, 2013, DOI: 10.1038/nature12748

63. Mantha N, Das SK, Das NG. RNAi-based therapies for Huntington's disease: delivery

challenges and opportunities. Ther Deliv. 2012 Sep;3(9):1061-76.

64. Gunawardane, L. S., K. Saito, K. M. Nishida, K. Miyoshi, Y. Kawamura, T. Nagami, H. Siomi, M.

C. Siomi. 2007. A Slicer-Mediated Mechanism for Repeat-Associated siRNA 5’ End Formation

in Drosophila. Science 315(5818): 1587-1590.


65. Gunawardane, L. S., K. Saito, K. M. Nishida, K. Miyoshi, Y. Kawamura, T. Nagami, H. Siomi, M.

C. Siomi. 2007. A Slicer-Mediated Mechanism for Repeat-Associated siRNA 5’ End Formation

in Drosophila. Science 315(5818): 1587-1590.

66. Dorner, S., A. Eulalio, E. Huntzinger, E. Izaurralde. 2007. Symposium on MicroRNAs and

siRNAs: Biological Functions and Mechanisms. EMBO 8: 723-729.

67. Lee, R. C., R. L. Feinbaum, V. Ambros. 1993. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encondes

small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell 75(5): 843-854.

68. Aravin, Alexei, Thomas Tuschl. 2005. Identification and characterization of small RNAs

involved in RNA silencing. FEBS 579: 5830-5840.

69. Tomari, Y., T. Du, B. Haley, D. S. Schwarz, R. Bennett, H. A. Cook, B. S. Koppetsch, W. E.

Theurkauf, P. D. Zamore. 2004. RISC Assembly Defects in the Drosophila RNAi

Mutantarmitage. Cell 116: 831-841.

70. Faehnle, C. R., L. Joshua-Tor. 2007. Argonautes confront new small RNAs. Curr Opin Chem Biol

11(5): 569-577.

71. Kim, T. K.; Hemberg, M.; Gray, J. M.; Costa, A. M.; Bear, D. M.; Wu, J.; Harmin, D. A.;

Laptewicz, M.; Barbara-Haley, K.; Kuersten, S.; Markenscoff-Papadimitriou, E.; Kuhl, D.; Bito,

H.; Worley, P. F.; Kreiman, G.; Greenberg, M. E. (2010). "Widespread transcription at neuronal

activity-regulated enhancers". Nature 465 (7295): 182–187.

72. Natoli, G.; Andrau, J. C. (2012). "Noncoding Transcription at Enhancers: General Principles and

Functional Models". Annual Review of Genetics 46: 1–19.

73. Heintzman, N. D.; Stuart, R. K.; Hon, G.; Fu, Y.; Ching, C. W.; Hawkins, R. D.; Barrera, L. O.; Van

Calcar, S.; Qu, C.; Ching, K. A.; Wang, W.; Weng, Z.; Green, R. D.; Crawford, G. E.; Ren, B.

(2007). "Distinct and predictive chromatin signatures of transcriptional promoters and

enhancers in the human genome". Nature Genetics 39 (3): 311–318.

74. Wang, X.; Arai, S.; Song, X.; Reichart, D.; Du, K.; Pascual, G.; Tempst, P.; Rosenfeld, M. G.;

Glass, C. K.; Kurokawa, R. (2008). "Induced ncRNAs allosterically modify RNA-binding proteins

in cis to inhibit transcription". Nature 454 (7200): 126–130.

75. Natoli, G.; Andrau, J. C. (2012). "Noncoding Transcription at Enhancers: General Principles and

Functional Models". Annual Review of Genetics 46: 1–19.

76. Melo, C. A.; Drost, J.; Wijchers, P. J.; Van De Werken, H.; De Wit, E.; Oude Vrielink, J. A. F. O.;

Elkon, R.; Melo, S. N. A.; Léveillé, N.; Kalluri, R.; De Laat, W.; Agami, R. (2013). "ERNAs Are


Required for p53-Dependent Enhancer Activity and Gene Transcription". Molecular Cell 49

(3): 524–535.

77. Vousden, K. H.; Lu, X. (2002). "Live or let die: The cell's response to p53". Nature Reviews

Cancer 2 (8): 594–604.

78. Perkel, Jeffrey M. (2013). "Visiting "Noncodarnia"". BioTechniques (paper) 54 (6): 301–

304."We're calling long noncoding RNAs a class, when actually the only definition is that they

are longer than 200 bp," says Ana Marques, a Research Fellow at the University of Oxford

who uses evolutionary approaches to understand lncRNA function.

79. Calin GA, Liu CG, Ferracin M, et al. (September 2007). "Ultraconserved regions encoding

ncRNAs are altered in human leukemias and carcinomas". Cancer Cell 12 (3): 215–29.

80. Halley, Paul; Kadakkuzha, Beena (2014). "Regulation of the apolipoprotein gene cluster by a

long noncoding RNA.". Cell Reports 6 (1): 222–30.

81. Rodríguez-Campos A, Azorín F (2007). "RNA is an integral component of chromatin that

contributes to its structural organization". PLoS ONE 2 (11): e1182.

82. Chen X, Xu H, Yuan P, et al. (June 2008). "Integration of external signaling pathways with the

core transcriptional network in embryonic stem cells". Cell 133 (6): 1106–17.

83. Rinn JL, Kertesz M, Wang JK, et al. (June 2007). "Functional demarcation of active and silent

chromatin domains in human HOX loci by noncoding RNAs". Cell 129 (7): 1311–23.

84. Yu W, Gius D, Onyango P, et al. (January 2008). "Epigenetic silencing of tumour suppressor

gene p15 by its antisense RNA". Nature 451 (7175): 202–6.

85. Wutz A, Gribnau J (October 2007). "X inactivation Xplained". Current Opinion in Genetics &

Development 17 (5): 387–93.

86. Wutz A, Rasmussen TP, Jaenisch R (February 2002). "Chromosomal silencing and localization

are mediated by different domains of Xist RNA". Nature Genetics 30 (2): 167–74.

87. Ogawa Y, Sun BK, Lee JT (June 2008). "Intersection of the RNA interference and X-inactivation

pathways". Science 320 (5881): 1336–41.

88. Lukiw WJ, Handley P, Wong L, Crapper McLachlan DR (Jun 1992). "BC200 RNA in normal

human neocortex, non-Alzheimer dementia (NAD), and senile dementia of the Alzheimer type

(AD)". Neurochem Res. 17 (6): 591–7.

89. Faghihi MA, Modarresi F, Khalil AM, et al. (July 2008). "Expression of a noncoding RNA is

elevated in Alzheimer's disease and drives rapid feed-forward regulation of beta-

secretase".Nature Medicine 14 (7): 723–30.


90. Reis EM, Nakaya HI, Louro R, et al. (August 2004). "Antisense intronic non-coding RNA levels

correlate to the degree of tumor differentiation in prostate cancer". Oncogene 23 (39): 6684–

92.

91. Ishii N, Ozaki K, Sato H, et al. (2006). "Identification of a novel non-coding RNA, MIAT, that

confers risk of myocardial infarction". Journal of Human Genetics 51 (12): 1087–99.

92. McPherson R, Pertsemlidis A, Kavaslar N , et al. (May 2007). "A Common Allele on

Chromosome 9 Associated with Coronary Heart Disease". Science 316 (5830): 1488–91.

93. Tufarelli C, Stanley JA, Garrick D, et al. (June 2003). "Transcription of antisense RNA leading to

gene silencing and methylation as a novel cause of human genetic disease". Nature Genetics

34 (2): 157–65.

94. Hangauer, Matthew J.; Vaughn, Ian W.; McManus, Michael T.; Rinn, John L. (20 June 2013).

"Pervasive Transcription of the Human Genome Produces Thousands of Previously

Unidentified Long Intergenic Noncoding RNAs". PLoS Genetics 9.


Θέμα 3

Καταλυτικές ιδιότητες μορίων RNA και η σημασία τους στην επιστήμη της εξέλιξης.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η ανακάλυψη της καταλυτικής δράσης των μορίων RNA στη δεκαετία του 1980 αποτέλεσε

επανάσταση στη μοριακή βιολογία από τους Cech et al., 1981; Guerrier-Takada et al., 1983. Σήμερα,

το μόριο του RNA είναι το μόνο μόριο που αποθηκεύει γενετικές πληροφορίες (στους RNA ιούς και

στα ιοειδή) και έχει και καταλυτική δράση. Τα μόρια RNA με καταλυτικές ιδιότητες ονομάζονται

ριβόζυμα.

Στη ριβονουκλεάση P (RNase P) που τροποποιεί το tRNA, το RNA που διαθέτει έχει καταλυτική

δράση.

Αυτοκαταλυόμενα ιντρόνια συχνά βρίσκονται σε γονίδια ριβοσωμικού RNA, όπως στο rRNA της

Tetrahymena thermophila. Στον ανθρώπινο ιό της ηπατίτιδας δέλτα (HDV), και σε μερικούς ιούς

φυτών RNA, παρατηρείται αυτοκατάλυση από το RNA. Η ανακάλυψη των καταλυτικών μορίων RNA

άνοιξε μια νέα εποχή στην εξέλιξη και την προέλευση της ζωής στη γη. Ένας κόσμος RNA το οποίο

μπορεί και αναπαράγεται και τροποποιείται χωρίς την ανάγκη πρωτεϊνών. Ακόμη και το ριβόσωμα

είναι ένα μεγάλο ριβόζυμο, (Nissen et al., 2000). Τα ριβόζυμα χρειάζονται μεταλλικά ιόντα και

συνήθως αποτελούνται από υπομονάδες. Οι λειτουργικές μονάδες συνήθως εντοπίζονται στις

μονόκλωνες περιοχές τους. Μερικά ριβόζυμα βρίσκονται κάτω από έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον,

λόγω της ικανότητας τους να διασπούν άλλα ριβόζυμα, όπως το σφυροκέφαλο hammerhead, η

φουρκέτα hairpin και η RNAase P. Οι θεραπευτικές εφαρμογές των ριβοζύμων είναι μεγάλες όσον

αφορά τη διάσπαση ιικών RNAs, όπως στον ιό που προκαλεί την ασθένεια του AIDS (acquired

immune deficiency syndrome AIDS) τον HIV, την καταστολή καρκινογόνων ή μεταλλαγμένων RNAs,

και τον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης. Ριβόζυμα μικρά (-160 νουκλεοτίδια) Σφυροκέφαλο,

Hairpin, HDV, VS, μεγάλα (200-3000 νουκελοτίδια) Intron I, Intron II, Spliceosome, Ribosome,

Ribonuclease P.


ΡΙΒΟΖΥΜΑ

Τα μόρια RNA που λειτουργούν ως ένζυμα ονομάζονται ριβόζυμα. Η ιδιότητα αυτή των μορίων RNA

ανακαλύφθηκε από τους Sidney Altman και Thomas Czech, που πήραν το βραβείο Nobel στη

Χημεία το 1989.

Στη δεκαετία του 1980 ο Thomas Cech μελετούσε την αφαίρεση ιντρονίου στο ριβοσωμικό RNA της

Tetrahymena thermophila. Διαπίστωσαν ότι το ιντρόνιο μπορούσε να αφαιρεθεί ακόμα και όταν δεν

υπήρχαν άλλα κυτταρικά συστατικά. Όσο και αν προσπάθησαν δε βρήκαν κάποια πρωτεΐνη να είναι

υπεύθυνη για την αφαίρεση του ιντρονίου. Πρότειναν ότι η αλληλουχία RNA του ιντρονίου μπορεί

να διασπά και σχηματίζει φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. [1]

Την ίδια στιγμή ο Sidney Altman μελετούσε την τροποποίηση του t RNA και απομόνωσε ένα ένζυμο

τη ριβονουκλεάση RNase-P, η οποία ήταν υπεύθυνη για τη μετατροπή του πρόδρομου tRNA σε

ενεργό. Μια υπομονάδα RNA του ενζύμου ήταν υπεύθυνη για την κατάλυση. [2]

Κατηγορίες ριβόζυμων: ριβόσωμα, spliceosome, Intron I, Intron II, Ribonuclease P, Σφυροκέφαλο,

Hairpin, Hepatitis delta virus (HDV), Neurospora varkud satellite (VS).

ΡΙΒΟΣΩΜΑ

Το ριβόσωμα είναι μια νανομηχανή στην οποία παράγονται οι πρωτεΐνες. Αποτελείται από δύο

υπομονάδες, οι οποίες δομούνται από ριβοσωμικό RNA και πρωτεΐνες. Τα αμινοξέα συνδέονται

μεταξύ τους με πεπτιδικό δεσμό που σχηματίζεται στη μεγάλη υπομονάδα από μια

πεπτιδυλοτρανσφεράση (50S και 60S σε βακτήρια και ευκαρυωτικούς, αντίστοιχα). Εικόνες 1,2

Η καταλυτική δράση της πεπτιδυλοτρανσφεράσης οφείλεται στο ριβοσωμικό RNA της μεγάλης

υπομονάδας. [3,4,5,6,7]

http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1989/

http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1989/


Εικόνα 1: Σύνδεση δύο αμινοξέων στην μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος.

Εικόνα 2: Δράση της πεπτιδυλοτρανσφεράσης στη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος.


SPLICEOSOME (σωμάτιο συναρμογής)

Τα περισσότερα ευκαρυωτικά γονίδια όταν εκφράζονται παράγουν πρόδρομα μόρια m RNA, τα

οποία με τη διαδικασία της ωρίμανσης (splicing) μετατρέπονται σε ώριμα. Στη διαδικασία αυτή οι

αλληλουχίες που δεν κωδικοποιούν αμινοξέα τα ιντρόνια (introns) αφαιρούνται και οι

κωδικοποιούσες περιοχές τα εξώνια (exons) συνδέονται μεταξύ τους. Η εναλλακτική ωρίμανση ή

μάτισμα (splicing) αυξάνει την πολυπλοκότητα στους ανώτερους ευκαρυωτικούς. Συνθέτονται

πολλές μοναδικές πρωτεΐνες από ένα γονίδιο. [8]

Δύο μοναδικά spliceosomes συνυπάρχουν στους περισσότερους ευκαρυωτικούς: το U2-εξαρτώμενο

spliceosome, το οποίο καταλύει την αφαίρεση του ιντρονίου U2, και το λιγότερο διαδεδομένο U12-

εξαρτώμενο spliceosome, το οποίο εντοπίζεται σε ορισμένους ευκαρυωτικούς οργανισμούς και

αφαιρεί τον σπάνιο τύπο ιντρονίου U12. [9]

Το U2-εξαρτώμενο spliceosome αποτελείται από τα μικρά πυρηνικά RNA U1, U2, U5, και U4/U6 και

πολλές πρωτείνες. Η βασική υπομονάδα του U12 αποτελείται από τα U11, U12, U5, και

U4atac/U6atac μικρά πυρηνικά RNA. [10], εικόνα 3


Εικόνα 3: Κατηγορίες sn RNA και οι πρωτεΐνες με τις οποίες συνδέονται.

Πολλές έρευνες υποστηρίζουν την ιδέα ότι η ωρίμανση του πρόδρομου mRNA καταλύεται

τουλάχιστον μερικώς από το RNA των ριβονουκλεοπρωτεινικών σωματιδίων (RNPs), με βασικό ρόλο

από τα U2 και U6. [11,12]

Πολλές ενδομοριακές δομές που σχηματίζονται από το πρόδρομο mRNA και τα U2, U5, και U6

snRNAs μοιάζουν με τα αυτοκαταλυόμενα ιντρόνια II. [13]

Αντιδράσεις ωρίμανσης έχουν παρατηρηθεί από τα U2 και U6 RNAs απουσία πρωτεϊνών. [14, 15]

εικόνα 4


Εικόνα 4: Συγκρότηση και ωρίμανση από τον τύπο U2 (spliceosome). [16]


ΙΝΤΡΟΝΙΑ I και II

Οι ομάδες των ιντρονίων I και II (introns) δεν είναι μόνο RNAs με καταλυτικές ιδιότητες αλλά είναι

και κινητά γενετικά στοιχεία.

Η επιτυχία των ιντρονίων αυτών ως κινητά στοιχεία συνδέεται με την ικανότητα τους να

αυτοκαταλύονται, γεγονός που τους δίνει τη δυνατότητα να διαδίδονται στα γονίδια επηρεάζοντας

ελάχιστα την έκφραση τους.

Αν και οι ομάδες των ιντρονίων I και II έχουν πολύ διαφορετικές δομές και μηχανισμούς ωρίμανσης

(splicing mechanisms), εξελίχθηκαν παράλληλα όσο αφορά της πρωτεΐνες τους που συμμετέχουν

στις αντιδράσεις ωρίμανσης (splicing reactions). [17]

Το ριβόζυμο που έχει μελετηθεί πολύ ανήκει στην ομάδα I των ιντρονίων που βρίσκεται στο γονίδιο

pre-rRNA της Tetrahymena thermophila.

Το πυρηνικό pre-rRNA του 23S rRNA γονιδίου μπορεί να αφαιρέσει μια ιντρονική αλληλουχία 413-

βάσεων απουσία πρωτεϊνών, απαιτεί ένα δισθενές κατιόν και γουανοσίνη ως συμπαράγοντα. Η

γουανοσίνη δίνει το ελεύθερο 3’ υδροξύλιο απαραίτητο για τις αντιδράσεις μετεστεροποίησης που

οδηγούν στην αφαίρεση του ιντρονίου. Εικόνα 5, [18, 19, 20, 21, 22, 23]


Εικόνα 5: Μηχανισμοί κατάλυσης των ιντρονίων I και II, της ριβονουκλεάσης P και μικρών

ριβόζυμων. (με κόκκινο η γουανοσίνη που συνδέεται με το 5’ άκρο του ιντρονίου)


Η ομάδα II των ιντρονίων έχει βρεθεί στο γονιδίωμα μυκήτων, στα μιτοχόνδρια των φυτών, σε

χλωροπλάστες και σε ευβακτήρια.

Στη διάρκεια αφαίρεσης του ιντρονίου σχηματίζεται ένας 2’-5’ φωσφοδιεστερικός δεσμός (εικόνα

5).

Τα ιντρόνια αυτά αποτελούν και κινητά γενετικά στοιχεία και μπορούν να μετακινούνται στο

γονιδίωμα.

Η διαδικασία της αυτοκατάλυσης περιλαμβάνει δύο μετεστεροποιήσης. Η βασική διαφορά με την

ομάδα I είναι το 2’ υδροξύλιο μιας εσωτερικής αδενοσίνης προσβάλλει το δεσμό στο 5΄εξώνιο. [24]

Ως κινητά γενετικά στοιχεία τα ιντρόνια II κωδικοποιούν μια αντίστροφη μεταγραφάση RT, και

μπορούν να εισέρχονται σε άλλα σημεία του γονιδιώματος.

Ένα καλά μελετημένο ιντρόνιο τύπου II ανήκει στο μιτοχονδριακό DNA του ζυμομύκητα. [25, 26, 27,

28]

Ριβονουκλεάση P (RNase P)

Το πρώτο παράδειγμα RNA μορίου με καταλυτική δράση είναι το ένζυμο που πρώτα

χαρακτηρίσθηκε στο Escherichia coli και επεξεργάζεται το 5΄άκρο του tRNA.

Στο E.coli η ριβονουκλεάση P αποτελείται από ένα πολυπεπτίδιο 120 αμινοξέων περίπου και μια

αλυσίδα RNA 377 νουκλεοτιδίων. Η αλυσίδα RNA είναι αυτή που καταλύει τη διάσπαση του

φωσφοδιεστερικού δεσμού. Το πολυπεπτίδιο λειτουργεί σαν μια ασπίδα και επιτρέπει στο RNA να

αποκτήσει την κατάλληλη τρισδιάστατη δομή ώστε να μπορέσει να συνδεθεί με το υπόστρωμα. [29]


Μικρά Ριβόζυμα

Ως μικρά ριβόζυμα αναφέρονται το σφυροκέφαλο (hammerhead), η φουρκέτα (hairpin), ο ιός της

ηπατίτιδας δέλτα (hepatitis delta virus HDV), και το ριβόζυμο της Neurospora VS.

Όλα διασπούν και σχηματίζουν φωσφοδιεστερικό δεσμό σε RNA.

Το σφυροκέφαλο ριβόζυμο (hammerhead ribozyme HHR) ανήκει στα μικρά ριβόζυμα που

αποτελούνται από 50 έως 150 νουκλεοτίδια. Εικόνα 7

Καταλύει έναν δικό του φωσφοδιεστερικό δεσμό με μια αντίδραση μετεστεροποίησης (μηχανισμός

SN2). Εικόνα 6

Δεν χρειάζεται συμπαράγοντας για την αντίδραση, σε αντίθεση με το ριβοδιακόπτη theglmS που

καταλύει την ίδια αντίδραση και απαιτεί 6 φωσφορική γλυκοζαμίνη. [30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37]


Εικόνα 6: Το σφυροκέφαλο ριβόζυμο (hammerhead ribozyme). (Α) Το 2΄υδροξύλιο προσβάλλει

τον 3’- 5’ φωσφοδιεστερικό δεσμό. Δημιουργείται 2’-3’ κυκλικό φωσφορικό στο 5΄άκρο και 5’

υδροξύλιο στο 3΄άκρο λειτουργούν ως υποστρώματα για τη σύνδεση. (B) Ο καταλυτικό πυρήνας

του ριβόζυμου. [38]


Εικόνα 7: Η δευτεροταγής δομή του σφυροκέφαλου ριβόζυμου. [39]

Hairpin (φουρκέτα) ριβόζυμο

Το ριβόζυμο hairpin (φουρκέτα) προέρχεται από ιούς φυτών και αποτελείται από 50

ριβονουκλεοτίδια. Μπορεί να διασπά τον εαυτό του καθώς και άλλα μόρια RNA με αντίδραση

μετεστεροποίησης. Εικόνες 8,9,10

Αποτελείται από δύο υπομονάδες την Α όπου συνδέεται το υπόστρωμα (δικό του ή άλλο μόριο RNA

και την Β υπεύθυνη για την κατάλυση. Η αυτοκατάλυση γίνεται στην Α υπομονάδα μεταξύ των

βάσεων Α και G. [40, 41, 42, 43, 44, 45, 46]


Εικόνα 8. Αντίδραση μετεστεροποίησης στο hairpin ριβόζυμο.


Εικόνα 9: Δευτεροταγή δομή του hairpin ριβόζυμου. Το βέλος δείχνει το σημείο διάσπασης.


Εικόνα 10: Η δευτεροταγή του ριβόζυμου φουρκέτα (hairpin).

Συντηρητικές βάσεις βρίσκονται στις μονόκλωνες περιοχές και είναι οι λειτουργικές περιοχές του

ριβόζυμου (κόκκινο). [47]


Hepatitis delta virus HDV (ιός ηπατίτιδας δέλτα)

Ο ιός της ηπατίτιδας δέλτα είναι ένας μικρός δορυφορικός RNA ιός.

Στον άνθρωπο η ταυτόχρονη μόλυνση με τον ιό αυτό και τον ιό της ηπατίτιδας Β οδηγεί σε πιο

έντονα συμπτώματα. [48,49]

Αποτελείται από 1700 περίπου νουκλεοτίδια. Η ικανότητα αυτοκατάλυσης είναι απαραίτητη για τον

πολλαπλασιασμό του ιικού RNA. [50, 51, 52], εικόνα 11


Εικόνα 11: Η δευτεροταγή δομή του ριβόζυμου HDV. Το βέλος δείχνει το σημείο διάσπασης. [53]


Neurospora VS ριβόζυμο

Στο ριβόζυμο της Neurospora varkud satellite (VS) ο καταλυτικός του πυρήνας αποτελείται από 153

νουκλεοτίδια. Διαφέρει σε αλληλουχία και δευτεροταγή δομή από τα προηγούμενα ριβόζυμα. [54]

Ο κόσμος του RNA [55,56]

Οι δύο βασικές προυποθέσεις της ζωής είναι η αποθήκευση της πληροφορίας και η ικανότητα

κατάλυσης.

Χωρίς την αποθήκευση της πληροφορίας δεν θα ήταν δυνατόν να γίνει αντιγραφή της πληροφορίας.

Ένα σύστημα δεν μπορεί να μάθει ούτε να εξελιχθεί αν δεν αποθηκεύει και βελτιώνει τις

πληροφορίες του.

Το ίδιο σημαντικό είναι να έχει την ικανότητα κατάλυσης, τουλάχιστον για την διαδικασία

αντιγραφής του.

Οι σύγχρονοι οργανισμοί αποθηκεύουν την πληροφορία τους στο μόριο του DNA. Ωστόσο η

παρουσία του RNA ως γενετικό υλικό σε ορισμένους και η ανακάλυψη της ικανότητας κατάλυσης

από το ίδιο το RNA οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το κλειδί στη διαδικασία της εξέλιξης ήταν αρχικά

ένας κόσμος RNA. Εικόνα 12β

Η μετάβαση από τον κόσμο του RNA στο DNA έγινε πιθανότατα γιατί το μόριο του DNA είναι πιο

σταθερό. Η έλλειψη στο DNA του υδροξυλιού στο 2΄άτομο άνθρακα εξηγεί τη σταθερότητα. Εικόνα

12


Εικόνα 12: Η ύπαρξη OH στο 2΄άτομο άνθρακα θα έκανε το μόριο του DNA πιο ασταθές και θα

οδηγούσε σε πυρηνόφιλη προσβολή του φωσφοδιεστερικού δεσμού.

Εικόνα 12β: Εξέλιξη της ζωής στη Γη



1. Kelly Kruger, Paula J. Grabowski, Arthur J. Zaug, Julie Sands, Daniel E. Gottschling and Thomas

R. Cech. Self-Splicing RNA: Autoexcision and Autocyclization of the Ribosomal RNA

Intervening Sequence of Tetrahymena. Cell, Vol. 31, 147-l 57, November 1982.

2. Guerrier-Takada, C., Gardiner, K., Marsh, T., Pace, N. & Altman, S. Cell 35, 849 (1983).

3. Ben-Shem, A. et al. Crystal Structure of the Eukaryotic Ribosome. Science 330, 1203 (2010)

4. Schmeing, T. and Ramakrishan, V. What recent ribosome structures have revealed about the

mechanism of translation. Nature 461, 1234 (2009)

5. Rodina, M. et al. How ribosomes make peptide bonds. TIBS 32, 20 (2007)

6. M. Simonović, T.A. Steitz, A structural view on the mechanism of the ribosome-catalyzed

peptide bond formation,Biochim. Biophys. Acta (2009), doi:10.1016/j.bbagrm.2009.06.006

7. Shechner, David M., et al. "Crystal Structure of the Catalytic Core of an RNA-Polymerase

Ribozyme." Science 326, 1271-1275 (2009)

8. Nilsen TW, Graveley BR. 2010. Expansion of the eukaryotic proteome by alternative splicing.

Nature 463: 457–463.

9. Patel AA, Steitz JA 2003. Splicing double: Insights from the second spliceosome. Nat Rev Mol

Cell Biol4: 960–970.

10. Will CL, Lührmann R 2006. Spliceosome structure and function. In The RNA world, 3rd ed. (ed.

Gesteland RF et al. ), pp. 369–400 Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor,

NY.

11. Valadkhan S 2005. snRNAs as the catalysts of pre-mRNA splicing. Curr Opin Chem Biol 9: 603–

608.

12. Wachtel C, Manley JL 2009. Splicing of mRNA precursors: The role of RNAs and proteins in

catalysis.Mol Biosyst 5: 311–316.

13. Keating KS, Toor N, Perlman PS, Pyle AM 2010. A structural analysis of the group II intron

active site and implications for the spliceosome. RNA 16: 1–9.

14. Valadkhan S, Mohammadi A, Wachtel C, Manley JL 2007. Protein-free spliceosomal snRNAs

catalyze a reaction that resembles the first step of splicing. RNA 13: 2300–2311

15. Valadkhan S, Manley JL 2001. Splicing-related catalysis by protein-free snRNAs. Nature 413:

701–707.

16. Cindy L. Will and Reinhard Lührmann. Cold Spring Harb Perspect Biol. Jul 2011; 3(7).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Will%20CL%5Bauth%5D

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=L%26%23x000fc%3Bhrmann%20R%5Bauth%5D


17. Nikolcheva T. and Woodson S.A. 1997. Association of a group I intron with its splice junction

in 50S ribosomes: Implications for intron toxicity. RNA 3: 1–12.

18. Cate JH, Gooding AR, Podell E et al. (1996) Crystal structure of a group I ribozyme domain:

principles of RNA packing. Science 273: 1678–1685.

19. Cech TR, Zaug AJ and Grabowski PJ (1981) In vitro splicing of the ribosomal RNA precursor of

Tetrahymena: involvement of a guanosine nucleotide in the excision of the intervening

sequence. Cell 27: 487–496.

20. Golden BL, Gooding AR, Podell ER and Cech TR (1998) A preorganized active site in the crystal

structure of the Tetrahymena ribozyme. Science 282: 259–264.

21. Lehnert V, Jaeger L, Michel F and Westhof E (1996) New loop–loop tertiary interactions in

self-splicing introns of subgroup IC and ID: a complete 3D model of the Tetrahymena

thermophila ribozyme. Chemistry & Biology 3: 993–1009.

22. Michel F and Westhof E (1990) Modelling of the three-dimensional architecture of group I

catalytic introns based on comparative sequence analysis. Journal of Molecular Biology 216:

585–610.

23. Green R and Schroeder R (eds) (1996) Ribosomal RNA and group I introns. In: Molecular

Biology Intelligence Unit, vol. 38. New York: R.G. Landes and Chapman & Hall.

24. Michel F and Ferat JL(1995) Structure and activities of group II introns. Annual Review of

Biochemistry 64: 435–461.

25. Zimmerly S., Guo H., Perlman P.S., and Lambowitz A.M. 1995a. Group II intron mobility occurs

by target DNA-primed reverse transcription. Cell 82: 545–554.

26. Zimmerly S., Guo H., Eskes R., Yang J., Perlman P.S., and Lambowitz A.M. 1995b. A group II

intron RNA is a catalytic component of a DNA endonuclease involved in intron mobility. Cell

83: 529–538.

27. Curcio M.J. and Belfort M. 1996. Retrohoming: cDNA-mediated mobility of group II introns

requires a catalytic RNA. Cell 84: 9–12.

28. Mueller M.W., Allmaier M., Eskes R., and Schweyen R.J. 1993. Transposition of group II intron

al1 in yeast and invasion of mitochondrial genes at new locations. Nature 366: 174–176.

29. Guerrier-Takada C, Altman S. Catalytic activity of an RNA molecule prepared by transcription

in vitro. Science. 1984 Jan 20;223 (4633):285-6.

30. Prody GA, Bakos JT, Buzayan JM, Schneider IR, Bruening G 1986. Autolytic processing of

dimeric plant virus satellite RNA. Science 231: 1577–1580.


31. Lilley DM 2005. Structure, folding and mechanisms of ribozymes. Curr Opin Struct Biol 15:

313–32.

32. Buzayan JM, Gerlach WL, Bruening G 1986. Non-enzymatic cleavage and ligation of RNAs

complementary to a plant virus satellite RNA. Nature 323: 349–353.

33. Kuo MY, Sharmeen L, Dinter-Gottlieb G, Taylor J 1988. Characterization of self-cleaving RNA

sequences on the genome and antigenome of human hepatitis delta virus. J Virol 62: 4439–

4444.

34. Saville BJ, Collins RA 1990. A site-specific self-cleavage reaction performed by a novel RNA in

Neurospora mitochondria. Cell 61: 685–696.

35. Wilson TJ, Lilley DM 2009. Biochemistry. The evolution of ribozyme chemistry. Science 323:

1436–1438.

36. Winkler WC, Nahvi A, Roth A, Collins JA, Breaker RR 2004. Control of gene expression by a

natural metabolite-responsive ribozyme. Nature 428: 281–286.

37. Klein DJ, Ferré-D'Amaré AR 2006. Structural basis of glmS ribozyme activation by

glucosamine-6-phosphate. Science 313: 1752–1756.

38. Hertel KJ, Pardi A, Uhlenbeck OC, Koizumi M, Ohtsuka E, Uesugi S, Cedergren R, Eckstein F,

Gerlach WL, Hodgson R, et al. 1992. Numbering system for the hammerhead. Nucleic Acids

Res 20: 3252 doi: 10.1093/nar/20.12.3252.

39. Scott WG, Finch JT and Klug A (1995) The crystal structure of an all-RNA hammerhead

ribozyme: a proposed mechanism for RNA catalytic cleavage. Cell 81: 991–1002.

40. Shippy, R., Lockner, R., Farnsworth, M., and Hampel, A. (1999) The hairpin ribozyme.

Discovery, mechanism, and development for gene therapy. Mol. Biotechnol. 12, 117–129.

41. Ferre´-D’Amare´, A. R. (2004) The hairpin ribozyme. Biopolymers 73, 71–78.

42. Feldstein, P.A., Buzayan, J.M., and Bruening, G. (1989) Two sequences participating in the

autolytic processing of satellite tobacco ringspot virus complementary RNA. Gene 82, 53–61.

43. Fedor, M. J. (1999) Tertiary structure stabilization promotes hairpin ribozyme ligation.

Biochemistry 38, 11040–11050.

44. Rupert, P. B., and Ferre´-D’Amare´, A. R. (2001) Crystal structure of a hairpin ribozyme-

inhibitor complex with implications for catalysis. Nature 410, 780–786.

45. Walter, N. G., Hampel, K. J., Brown, K. M., and Burke, J. M. (1998) Tertiary structure formation

in the hairpin ribozyme monitored by fluorescence resonance energy transfer. EMBO J. 17,

2378–2391.


46. Spitale, R. C., Volpini, R., Heller, M. G., Krucinska, J., Cristalli, G., et al. (2009) Identification of

an imino group indispensable for cleavage by a small ribozyme. J. Am. Chem. Soc. 131, 6093–

6105.

47. Earnshaw DJ, Masquida B, Muller S, Sigurdsson ST, Eckstein F, Westhof E and Gait MJ (1997)

Inter-domain cross-linking and molecular modelling of the hairpin ribozyme. Journal of

Molecular Biology 274: 197–212.

48. Rizzetto, M. (1983) The delta agent, Hepatology 3, 729-737.

49. Lai, M. M. C. (1995) The molecular biology of hepatitis delta virus, Annm. Rev. Biochem. 64,

259-286.

50. Kuo, M. Y.-P., Sharnieen, L., Dinter-Gottlieb, G. & Taylor, J. (1988b) Characterization of self-

cleaving RNA sequences on the genome and antigenome of human hepatitis delta virus, J.

Virol. 62, 4439-4444.

51. Sharmeen, L., Kuo, M. Y.2, Dinter-Gottlieb, G. & Taylor, J. (1988) Antigenomic RNA of human

hepatitis delta virus can undergo selfcleavage, J. Virol. 62, 2674-2679.

52. Jeng, K.-S., Su, P.-Y. & Lai, M. M. C. (1996b) Hepatitis delta antigens enhance the ribozyme

activities of hepatitis delta virus RNA in vivo, J. KI-01. 70, 4205 -4209.

53. Ferre-D’Amare AR, ZhouKand Doudna JA (1998) Crystal structure of a hepatitis delta virus

ribozyme. Nature 395: 567–574.

54. Rastogi T, Beattie TL, Olive JE and Collins RA (1996) A long-range pseudoknot is required for

activity of the Neurospora VS ribozyme. EMBO Journal 15: 2820–2825.

55. Gerald F. Joyce. The antiquity of RNA-based evolution. NATURE, VOL 418, 11 JULY 2002

56. Michael P. Robertson and Gerald F. Joyce. The Origins of the RNAWorld. Cold Spring Harbor

Laboratory Press, December 12, 2014.


Θέμα 4

Παθοβιοχημεία 5 συνδρόμων-ασθενειών που οφείλονται σε συγκεκριμένες

σημειακές μεταλλάξεις.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις ή μεταλλάξεις σημείου έχουν σχέση με την αλλαγή ενός μόνο γονιδίου,

με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα νέο αλληλόμορφο. Η έλλειψη της α 1 αντιθρυψίνης οδηγεί σε

αποφρακτική πνευμονοπάθεια και εμφύσημα καθώς και ηπατική βλάβη. Αποτελεί μια κοινή

γενετική ασθένεια στους λευκούς. Ακολουθεί αυτοσωμικό υπολειπόμενο τύπο κληρονομικότητας.

Οφείλεται σε γονιδιακή μετάλλαξη στο γονίδιο SERPINA1 που βρίσκεται στο μεγάλο βραχίονα του

χρωμοσώματος 14. Η αφυδρογονάση της 6 φωσφορικής γλυκόζης (Glucose-6-phosphate

dehydrogenase G6PD) είναι ένα ένζυμο που καταλύει την πρώτη αντίδραση στο βιοχημικό μονοπάτι

των φωσφορικών πεντοζών, όπου παράγεται NADPH. Το NADPH βοηθά τα κύτταρα να

αντιμετωπίσουν το οξειδωτικό stress.

Η έλλειψη του ενζύμου οφείλεται σε γονιδιακή μετάλλαξη στο γονίδιο G6PD που βρίσκεται στο Χ

χρωμόσωμα. Στην ασθένεια παρατηρείται αιμόλυση όταν τα ερυθρά αιμοσφαίρια βρεθούν σε

οξειδωτικό stress που προκαλείται από την κατανάλωση κουκιών, και συγκεκριμένων φαρμάκων

(ανθελονοσιακά, αναλγητικά, αντιβιοτικά κα). Η κυστική ίνωση οδηγεί σε χρόνια πνευμονοπάθεια

εξαιτίας των συχνών λοιμώξεων, παγκρεατική ανεπάρκεια (στην εξωκρινή μοίρα), απώλεια αλάτων

στον ιδρώτα, ανδρική ΥΠΟ γονιμότητα, πρόπτωση του ορθού και σε μικρό ποσοστό κίρρωση του

ήπατος. Το μεταλλαγμένο γονίδιο CFTR είναι υπολειπόμενο αυτοσωμικό και βρίσκεται στο μεγάλο

βραχίονα του χρωμοσώματος 7. Η ασθένεια Tay–Sachs ονομάζεται και GM2 γαγγλιοσίδοση, ή

έλλειψη της εξοαμινιδάσης, είναι μια αυτοσωμική υπολειπόμενη διαταραχή. Οφείλεται στη

συσσώρευση γαγγλιοσιδίων (σφιγγολιπίδια) στα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου. Η ασθένεια

οφείλεται σε σημειακή μετάλλαξη στο γονίδιο HEXA που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 15. Η

νευροινωμάτωση τύπου 1 οφείλεται σε ένα επικρατές αυτοσωμικό γονίδιο.

Το γονίδιο εντοπίζεται στο χρωμόσωμα 17 και σχετίζεται με την εμφάνιση όγκων αλλά

προκαλούνται και άλλε διαταραχές. Ο πιο κοινός όγκος είναι τα νευροίνωμα.

Η νευροινωμάτωση τύπου 2 είναι πιο σπάνια.


Ως μετάλλαξη ορίζεται κάθε αιφνίδια κληρονομήσιμη αλλαγή του γενετικού υλικού, η οποία

δε δημιουργείται από τους γνωστούς μηχανισμούς που ανασυνδυάζουν τα γονίδια.

Διακρίνονται στις γονιδιακές και στις χρωμοσωμικές.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις ή μεταλλάξεις σημείου έχουν σχέση με την αλλαγή ενός μόνο γονιδίου,

με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα νέο αλληλόμορφο. Στις χρωμοσωμικές ανωμαλίες αλλάζει η

δομή ή ο αριθμός των χρωμοσωμάτων.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις διακρίνονται σε δύο τύπους. Στις μεταλλάξεις όπου παρατηρείται

αντικατάσταση βάσεων (20%) και σε αυτές που αλλάζει το πλαίσιο ανάγνωσης λόγω προσθήκης ή

έλλειψης βάσεων.

1. Ανεπάρκεια α1 αντιθρυψίνης

Οι πρωτέασες της σερίνης είναι μια ομάδα πρωτεολυτικών ενζύμων που συμμετέχουν στην πήξη

του αίματος, στην ενεργοποίηση της κινίνης και του συμπληρώματος. Η ενεργότητα αυτών των

ενζύμων ελέγχεται από τους αναστολείς των πρωτεασών σερίνης (serpins). Ένας τέτοιος αναστολέας

είναι μια γλυκοπρωτείνη η α1 αντιθρυψίνη. Η κύρια λειτουργία της είναι η αναστολή της

ελαστάσης (που παράγεται από τα ουδετερόφιλα) στους πνεύμονες.

Η έλλειψη της οδηγεί σε αποφρακτική πνευμονοπάθεια και εμφύσημα καθώς και ηπατική βλάβη.

Το αρχικό σύμπτωμα είναι μια δύσπνοια που εντείνεται. Οι ασθενείς δεν πρέπει να καπνίζουν γιατί

επιταχύνουν τα συμπτώματα. Εικόνα 1

Η συσσώρευση της στα ηπατοκύτταρα οδηγεί στην απόπτωση τους και συνεπώς σε κίρρωση του

ήπατος.

Αποτελεί μια κοινή γενετική ασθένεια στους λευκούς. Ακολουθεί αυτοσωμικό υπολειπόμενο τύπο

κληρονομικότητας. Παρατηρείται σε 1 στα 3000-5000 άτομα.

Υπολογίζονται σε 3,4 εκατομμύρια άτομα ως ασθενείς και 117 εκατομμύρια ως φορείς του γονιδίου.

Εμφανίζεται με την ίδια συχνότητα σε άντρες και γυναίκες.


Οφείλεται σε γονιδιακή μετάλλαξη στο γονίδιο SERPINA1 που βρίσκεται στο μεγάλο βραχίονα του

χρωμοσώματος 14. Το γονίδιο έχει μέγεθος 12Kb και είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση μιας

πρωτεΐνης 394 αμινοξέων. Έχουν βρεθεί περίπου 100 διαφορετικά αλληλόμορφα γονίδια. Περίπου

20 μεταλλάξεις έχουν αναγνωρισθεί για την πρόκληση της ασθένειας, δύο αλληλόμορφα είναι τα

πιο συχνά το Ζ και S. Το φυσιολογικό αλληλόμορφο ονομάζεται Μ.

Οι περισσότεροι ασθενείς είναι ομόζυγοι SS ή ZZ ή ετερόζυγοι MS, MZ, SZ.

Η σημειακή μετάλλαξη στο Ζ αφορά την αντικατάσταση μιας γουανίνης από μια αδενίνη στο εξώνιο

V, με αποτέλεσμα στη θέση 53 να αντικαθίσταται μια λυσίνη από το γλουταμινικό οξύ. Αυτό οδηγεί

σε παρεμπόδιση έκκρισης της α1 αντιθρυψίνης από τα ηπατικά κύτταρα.

Τα φυσιολογικά επίπεδα της πρωτεΐνης στον ορό είναι 20-53 µmol/L, και εμφύσημα προκαλείται αν

πέσουν κάτω από 9 µmol/L. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

Εικόνα 1: Φυσιολογικός πνεύμονας (εικόνα Α) και παθολογοανατομικές αλλοιώσεις του

πνεύμονα στην Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια (εικόνα Β)


2. Έλλειψη της αφυδρογονάσης της 6-φωσφορικής γλυκόζης (G6PD)

Η αφυδρογονάση της 6 φωσφορικής γλυκόζης (Glucose-6-phosphate dehydrogenase G6PD) είναι

ένα ένζυμο που καταλύει την πρώτη αντίδραση στο βιοχημικό μονοπάτι των φωσφορικών πεντοζών,

όπου παράγεται NADPH.

Το NADPH βοηθά τα κύτταρα να αντιμετωπίσουν το οξειδωτικό stress που προέρχεται από

διάφορους οξειδωτικούς παράγοντες και να διατηρεί την ανηγμένη μορφή της γλουταθειόνης. Τα

ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια δεν έχουν μιτοχόνδρια το μονοπάτι των φωσφορικών πεντοζών είναι η

μόνη πηγή NADPH. Επομένως η άμυνά τους στην οξειδωτική βλάβη στηρίζεται στη G6PD. [10],

εικόνα 2

Εικόνα 2: Δομή του ενζύμου G6PD. [11]

Η έλλειψη του ενζύμου οφείλεται σε γονιδιακή μετάλλαξη στο γονίδιο G6PD που βρίσκεται στο Χ

χρωμόσωμα.

Η έλλειψη του ενζύμου εμφανίζεται με υψηλά ποσοστά σε περιοχές που παρατηρείται ελονοσία.

Πιθανόν προσδίδει ανθεκτικότητα στην ελονοσία. [12]

Υψηλά ποσοστά παρατηρούνται στην Αφρική, Ασία και Μεσόγειο, αλλά εντοπίζεται και στη Βόρεια

και Νότια Αμερική. [13]

Ο Έλληνας φιλόσοφος και μαθηματικός Πυθαγόρας απαγόρεψε τους ακολούθους του να τρώνε

κουκιά, γιατί είχε παρατηρήσει τι συνέβαινε σε ορισμένα άτομα. [14]


Η ασθένεια μπορεί να ταξινομηθεί σε πέντε ομάδες σύμφωνα με την ενεργότητα του ενζύμου. [15]

Κλάσεις της έλλειψης G6PD

Κλάση I: οξεία έλλειψη, χρόνια αιμολυτική αναιμία

Κλάση II: μεγάλη έλλειψη, οξεία αιμολυτική αναιμία

Κλάση III: μέτρια έλλειψη (10%-60% δράση ενζύμου)

Κλάση IV: φυσιολογική δράση (60–150%)

Κλάση V: αυξημένη δράση (>150%)

Η έλλειψη εμφανίζεται συχνότερα στα αρσενικά από τα θηλυκά άτομα λόγω του τρόπου

κληρονόμησης. [16]

Το γονίδιο G6PD βρίσκεται στις τελομερικές περιοχές του μεγάλου βραχίονα του Χ χρωμοσώματος

(band Xq28), κοντά στο γονίδιο της αιμορροφιλίας Α, της δυσκεράτωσης και της μερικής

αχρωματοψίας. [17,18], εικόνα 3

Εικόνα 3: Η θέση του γονιδίου G6PD στο χρωμόσωμα Χ. [11]

Το γονίδιο κλωνοποιήθηκε το 1986 και αποτελείται από 13 εξώνια και 12 ιντρόνια και το μέγεθος

του 18,5 kb. Το ένζυμο που κωδικοποιεί αποτελείται από 515 αμινοξέα. [19]

Περίπου 140 μεταλλάξεις έχουν αναφερθεί που οδηγούν σε αλλαγή αμινοξέων και μεταβολή της

ενεργότητας του ενζύμου. [20, 21], εικόνα 4


Εικόνα 4: Οι πιο κοινές μεταλλάξεις στις κωδικοποιούσες αλληλουχίες του γονιδίου G6PD. [11]

Στοιχεία του γονιδίου

Μέγεθος γονιδίου 18·5 kb

Exons 13

Introns 12

mRNA

Size in nucleotides 2269

5’ untranslated region* 69

Coding region* 1545

3’ untranslated region* 655

Protein

Aminoacids 515

Η διάγνωση της έλλειψης G6PD στηρίζεται στην εκτίμηση της ενεργότητας του ενζύμου με ποσοτική

φωτομέτρηση του ρυθμού σύνθεσης NADPH. [22]

Στην ασθένεια παρατηρείται αιμόλυση όταν τα ερυθρά αιμοσφαίρια βρεθούν σε οξειδωτικό stress

που προκαλείται από την κατανάλωση κουκιών, και συγκεκριμένων φαρμάκων (ανθελονοσιακά,

αναλγητικά, αντιβιοτικά κα).

[23, 24, 25]


Φάρμακα και χημικές ουσίες

Ανθελονοσιακά

Primaquine

Pamaquine

Chloroquine Mepacrine

Quinine

Σουλφοναμίδες

Sulfanilamide

Sulfacetamide

Sulfapyridine

Sulfamethoxazole

Sulfadimidine

Sulfasalazine

Glibenclamide

Aldesulfone

Sulfadiazine

Sulfafurazole

Sulfones Dapsone

Nitrofurantoin

Αντιπυρετικά –Αναλγητικά

Aspirin

Paracetamol

Phenacetin

Άλλα φάρμακα

Nalidixic acid

Niridazole

Methylthionium

Phenazopyridine

Co-trimoxazole

Ciprofl oxacin

Chloramphenicol

Vitamin K analogues


Ascorbic acid

Mesalazine

Aminosalicylic acid

Doxorubicin

Probenecid

Dimercaprol

Άλλα χημικά

Naphthalene

2,4,6-trinitrotoluene

Acalypha indica extract

Τα μωρά που θηλάζουν και οι μητέρες τους έχουν καταναλώσει κουκιά έχουν πιθανότητα

αιμόλυσης. [26]

Τουλάχιστον 400 εκατομμύρια άνθρωποι είναι φορείς του γονιδίου. Ευτυχώς οι περισσότεροι θα

παραμείνουν ασυμπτωματικοί σε όλη τους τη ζωή. Οι υπόλοιποι θα εμφανίσουν νεογνικό ίκτερο,

οξεία αιμολυτική αναιμία, η οποία μπορεί να οδηγήσει στο θάνατο ή σε μόνιμη νευρολογική

διαταραχή.


3. Κυστική ίνωση

Η ασθένεια οδηγεί σε χρόνια πνευμονοπάθεια εξαιτίας των συχνών λοιμώξεων, παγκρεατική

ανεπάρκεια (στην εξωκρινή μοίρα), απώλεια αλάτων στον ιδρώτα, ανδρική υπογονιμότητα,

πρόπτωση του ορθού και σε μικρό ποσοστό κίρρωση του ήπατος. [27]

Το υπεύθυνο γονίδιο CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator) για την ασθένεια ανιχνεύθηκε

το 1989 και έκτοτε βρέθηκαν πάνω από 1500 μεταλλάξεις.

[28, 29, 30]

Η πιο κοινή μετάλλαξη αφορά την έλλειψη της φαινυλαλανίνης στη θέση 508 και αφορά το 66% των

ασθενών. Οι μεταλλάξεις έχουν κατηγοριοποιηθεί σε έξι ομάδες, ανάλογα με το αν παράγεται η

πρωτεΐνη ή δε λειτουργεί ικανοποιητικά. [31, 32]

Η έλλειψη του αμινοξέος οδηγεί στη μη σωστή αναδίπλωση της πρωτεΐνης, γεγονός που την οδηγεί

σε αποικοδόμηση από το πρωτεόσωμα. [33, 34]

Το μεταλλαγμένο γονίδιο είναι υπολειπόμενο αυτοσωμικό και βρίσκεται στο μεγάλο βραχίονα του

χρωμοσώματος 7.

Η CFTR ανήκει στην οικογένεια των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταφορείς

συνδεόμενοι με τριφωσφορική αδενοσίνη ATP. [35]

Θεωρείται μια αντλία ιόντων χλωρίου, αλλά ρυθμίζει και τη μεταφορά HCO3, και πιθανόν λειτουργεί

ως κανάλι για τη μεταφορά πρωτεϊνών (γλουταθειόνη). [36, 37]

Είναι η πρώτη γενετική ασθένεια που πραγματοποιήθηκε in vivo γονιδιακή θεραπεία. [38]


4. Tay Sachs

Η ασθένεια Tay–Sachs ονομάζεται και GM2 γαγγλιοσίδοση, ή έλλειψη της εξοαμινιδάσης, είναι μια

αυτοσωμική υπολειπόμενη διαταραχή.

Παρατηρείται μια προοδευτική καταστροφή των νευρικών κυττάρων από την ηλικία των έξι μηνών

και μέχρι την ηλικία των τεσσάρων επέρχεται ο θάνατος.

Οφείλεται στη συσσώρευση γαγγλιοσιδίων (σφιγγολιπίδια) στα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου.

Το όνομα της ασθένειας προκύπτει από τον οφθαλμίατρο Waren Tay και το νευρολόγο Bernard

Sachs που το παρατήρησαν.

Η ασθένεια οφείλεται σε σημειακή μετάλλαξη στο γονίδιο HEXA που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 15.

[40, 41, 42]

Στους εβραίους της φυλής Ashkenazi παρατηρήθηκαν δύο μεταλλάξεις, μια προσθήκη 4 bp στο

εξώνιο 11 και μια αλλαγή στην θέση αποκοπής στο ιντρόνιο 12. [27].

Το ένζυμο που κωδικοποιείται από το γονίδιο είναι η β-Ν-ακετυλοεξοαμινιδάση, ένα λυσοσωμικό

ένζυμο και έχουν βρεθεί πάνω από 100 μεταλλάξεις. [43, 44]

Οι ετερόζυγοι φορείς παράγουν μικρές ποσότητες του ενζύμου, ικανές όμως για φυσιολογική

λειτουργία. [45]

Το ένζυμο συμμετέχει στην υδρόλυση των γαγγλιοσιδίων. [46]


5. Νευροινωμάτωση τύπου Ι (von Recklinghausen) και τύπου ΙΙ

Η νευροινωμάτωση τύπου Ι είναι μια ασθένεια με ποικιλία συμπτωμάτων που ξεκινούν από τη

γέννηση και διαρκούν όλη τη ζωή του ασθενή. Τα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά μπορούν να

διακριθούν σε διαταραχές όπου εμφανίζεται όγκος και σε μη ογκογόνες διαταραχές. Ο πιο κοινός

όγκος είναι τα νευροίνωμα. [47],

εικόνα 5

Εικόνα 5: Επιδερμικά νευροινώματα σε ασθενή με NF1. [48]

Οι επιπλοκές της ασθένειας περιλαμβάνουν: σκολίωση, δυσχέρεια στη μάθηση, υπέρταση λόγω

δυσπλασίας των νεφρικών αρτηριών, πλεγματοειδή νευροινώματα, γλοιώματα της οπτικής οδού,

όγκοι του Κ.Ν.Σ, ραβδομυοσάρκωμα. [49, 50, 51, 52]


Η νευροινωμάτωση τύπου 1 οφείλεται σε ένα επικρατές αυτοσωμικό γονίδιο. Πολλοί ασθενείς το

κληρονομούν από τους γονείς, όμως σε ορισμένες περιπτώσεις αφορά νέες μεταλλάξεις. Το γονίδιο

εντοπίζεται στο χρωμόσωμα 17 και κωδικοποιεί την πρωτείνη neurofibromin, ή οποία συμμετέχει

στη ρύθμιση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησης, μέσω της καταστολής της

μιτογόνου δράσης των ογκογονιδίων Ras. [53, 54, 55]

Το γονίδιο εκτελεί λειτουργία ογκοκατασταλτικού γονιδίου και οι όγκοι αναπτύσσονται όταν και τα

δύο αλληλόμορφα απενεργοποιηθούν. [56]

Η ασθένεια ονομάζεται και von Recklinghausen που πρώτος διέκρινε τα συμπτώματα της ασθένειας.

Η συχνότητα της ασθένειας είναι 1/3500 άτομα. Σε όλους σχεδόν τους ασθενείς εμφανίζονται από

την παιδική ηλικία οι κηλίδες Cafe-au-lait (CALMs). [57, 58]

Η νευροινωμάτωση 2 είναι πιο σπάνια με συχνότητα 1/25000 άτομα. Παρατηρείται ξαφνική

απώλεια ακοής λόγω όγκων που αναπτύσσονται στο ακουστικό νεύρο. [59]

Το γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την ασθένεια βρίσκεται στο μεγάλο βραχίονα του

χρωμοσώματος 22 (22q12.2) και κωδικοποιεί την πρωτείνη merlin.

Η πρωτεΐνη αυτή συμμετέχει στη ρύθμιση της ανάπτυξης και αναστέλλει τον επιδερμικό αυξητικό

παράγοντα (EGFR), ο οποίος επάγει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. [60, 61, 62]



1. Stoller JK, Aboussouan LS. A review of a1-antitrypsin deficiency. Am J Respir Crit Care Med.

Feb 1 2012;185(3):246-59.

2. Stoller JK, Brantly M. The challenge of detecting alpha-1 antitrypsin deficiency. COPD. Mar

2013;10 Suppl 1:26-34.

3. Stoller JK, Lacbawan FL, Aboussouan LS. Alpha-1 Antitrypsin Deficiency. 1993.

4. Marciniuk DD, Hernandez P, Balter M, Bourbeau J, Chapman KR, Ford GT, et al. Alpha-1

antitrypsin deficiency targeted testing and augmentation therapy: a Canadian Thoracic

Society clinical practice guideline. Can Respir J. Mar-Apr 2012;19(2):109-16.

5. Greene DN, Elliott-Jelf MC, Straseski JA, Grenache DG. Facilitating the laboratory diagnosis of

a1-antitrypsin deficiency. Am J Clin Pathol. Feb 2013;139(2):184-91.

6. Bornhorst JA, Greene DN, Ashwood ER, Grenache DG. a1-Antitrypsin phenotypes and

associated serum protein concentrations in a large clinical population. Chest. Apr

2013;143(4):1000-8.

7. Campos MA, Wanner A, Zhang G, Sandhaus RA. Trends in the diagnosis of symptomatic

patients with alpha1-antitrypsin deficiency between 1968 and 2003. Chest. Sep

2005;128(3):1179-86.

8. Fairbanks KD, Tavill AS. Liver disease in alpha 1-antitrypsin deficiency: a review. Am J

Gastroenterol. Aug 2008;103(8):2136-41; quiz 2142.

9. Petrache I, Fijalkowska I, Zhen L, Medler TR, Brown E, Cruz P, et al. A novel antiapoptotic role

for alpha1-antitrypsin in the prevention of pulmonary emphysema. Am J Respir Crit Care Med.

Jun 1 2006;173(11):1222-8.

10. Luzzatto L, Metha A, Vulliamy T. Glucose 6-phosphate dehydrogenase defi ciency. In: Scriver

CR, Beaudet AL, Sly WS, et al, eds. The metabolic and molecular bases of inherited disease,

8th edn. Columbus: McGraw-Hill, 2001: 4517–53.

11. M D Cappellini, G Fiorelli. Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency. Lancet 2008; 371:

64–74

12. Ruwende C, Hill A. Glucose-6-phosphate dehydrogenase defi ciency and malaria. J Mol Med

1998; 76: 581–88.

13. Beutler E. G6PD: population genetics and clinical manifestations. Blood Rev 1996; 10: 45–52.

14. Russel B. History of western philosophy, 2nd edn. London: Allen and Unwin, 1965.


15. WHO working group. Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency. Bull World Health

Organ 1989; 67: 601–11.

16. Beutler E, Yeh M, Fairbanks VF. The normal human female as a mosaic of X-chromosome

activity: studies using the genes of G6PD defi ciency as a marker. Proc Natl Acad Sci U S A

1962; 48: 9–16.

17. Szabo P, Purrello M, Rocchi M, et al. Cytological mapping of the human glucose-6-phosphate

dehydrogenase gene distal to the fragile-X site suggests a high rate of meiotic recombination

across this site. Proc Natl Acad Sci U S A 1984; 81: 7855–59.

18. Trask BJ, Massa H, Kenwrick S, Gitschier J. Mapping of human chromosome Xq28 by two-color

fl uorescence in situ hybridization of DNA sequences to interphase cell nuclei. Am J Hum

Genet 1991; 48: 1–15.

19. Persico MG, Viglietto G, Martini G, et al. Isolation of human glucose-6-phosphate

dehydrogenase (G6PD) cDNA clones: primary structure of the protein and unusual 5´non-

coding region.

20. G6PD A– are necessary to produce the G6PD defi cient phenotype. Hum Mol Genet 1992; 1:

171–74.

21. Hirono A, Kawate K, Honda A, Fujii H, Miwa S. A single mutation 202G>A in the human

glucose-6-phosphate dehydrogenase gene (G6PD) can cause acute hemolysis by itself. Blood

2002; 99: 1498.

22. Beutler E. Red cell metabolism: a manual of biochemical methods, 3rd edn. New York: Grune

and Stratton, 1984.

23. Hoiberg A, Ernst J, Uddin DE. Sickle cell trait and glucose-6-phosphate dehydrogenase defi

ciency: eff ects on health and military performance in Black naval enlistees. Arch Intern Med

1981; 141: 1485–88.

24. Cocco P, Todde P, Fornera S, et al. Mortality in a cohort of men expressing the glucose-6-

phosphate dehydrogenase defi ciency. Blood 1998; 91: 706–09

25. Beutler E. The hemolytic eff ect of primaquine and related compounds. Blood 1959; 14: 103–

39.

26. Schilirò G, Russo A, Curreri R, Marino S, Sciotto A, Russo G. Glucose-6-phosphate

dehydrogenase defi ciency in Sicily: incidence biochemical characteristics and clinical

implications. Clin Genet 1979; 15: 183–88.

27. ConΙnor J. M, Ferguson-Smith M. A. Ιατρική Γενετική, 1997, University Studio Press.


28. Riordan JR, Rommens JM, Kerem BS, Alon N, Rozmahel R, Grzelczak Z, et al. Identification of

the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science

1989;245(4922): 1066-1073.

29. Rommens JM, Iannuzzi MC, Kerem BS, Drumm ML, Melmer G, Dean M, et al. Identification of

the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping. Science 1989;245(4922):1059-

1065.

30. The Cystic Fibrosis Mutation Database. http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr. Accessed March

20, 2009.

31. Collins FS. Cystic fibrosis: molecular biology and therapeutic implications. Science

1992;256(5058):774-779.

32. Rowe SM, Miller S, Sorscher EJ. Cystic fibrosis. N Engl J Med 2005;352(19):1992-2001.

33. Cheng SH, Gregory RJ, Marshall J, Paul S, Souza DW, White GA, et al. Defective intracellular

traffic and processing of CFTR is the molecular basis of most cystic fibrosis. Cell

1990;63(4):827-834.

34. Bear CE, Li CH, Kartner N, Bridges RJ, Jensen TJ, Ramjeesingh M, Riordan JR. Purification and

functional reconstitution of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR).

Cell 1992; 68(4):809-818.

35. Schwiebert EM, Morales MM, Devidas S, Egan ME, Guggino WB. Chloride channel and

chloride conductance regulator domains of CFTR, the cystic fibrosis transmembrane

conductance regulator. Proc Natl Acad Sci USA 1998;95(5):2674-89.

36. Quinton PM. The neglected ion: HCO3-. Nat Med 2001;7(3):292-293.

37. Riordan JR. CFTR function and prospects for therapy. Annu Rev Biochem 2008;77:701-726.

38. Griesenbach U, Geddes D, Alton E. Gene therapy progress and prospects: cystic fibrosis. Gene

Ther 2006;13(14):1061-1067.

39. Rowe SM, Miller S, Sorscher EJ. Cystic fibrosis. N Engl J Med 2005;352(19):1992-2001.

40. Lewis, Ricki (1997). Human Genetics. Chicago, IL: Wm. C. Brown. p. 247-248.

41. "Tay–Sachs disease Information Page". National Institute of Neurological Disorders and

Stroke. 14 February 2007. Archived from the original on 29 December 2011. Retrieved 10 May

2007.

42. McKusick, Victor A; Hamosh, Ada. "Online Mendelian Inheritance in Man". United States

National Institutes of Health. Archived from the original on 29 December 2011. Retrieved 24

April 2009.


43. Kaback MM (December 2000). "Population-based genetic screening for reproductive

counseling: the Tay–Sachs disease model". European Journal of Pediatrics 159 (Suppl 3):

S192–S195.

44. Myerowitz R (1997). "Tay–Sachs disease-causing mutations and neutral polymorphisms in the

Hex A gene". Human Mutation 9 (3): 195–208.

45. Korf, Bruce R (2000). Human genetics: A problem-based approach (2 ed.). Wiley-Blackwell. pp.

11–12.

46. Mahuran DJ (1999). "Biochemical consequences of mutations causing the GM2

gangliosidoses". Biochimica Biophysica Acta 1455 (2–3): 105–138.

47. Korf BR. Neurofibromas and malignant tumors of the peripheral nervous system. In: Friedman

JM, Gutmann DH, MacCollin M, Riccardi VM, eds. Neurofibromatosis: Phenotype, Natural

History, and Pathogenesis. 3rd ed. Baltimore: Johns Hopkins Univ Pr; 1999:142-61.

48. Amy Theos, and Bruce R. Korf. Pathophysiology of Neurofibromatosis Type 1. Ann Intern Med.

2006;144:842-849.

49. Listernick R, Louis DN, Packer RJ, Gutmann DH. Optic pathway gliomas in children with

neurofibromatosis 1: consensus statement from the NF1 Optic Pathway Glioma Task Force.

Ann Neurol. 1997;41:143-9.

50. Korf BR. Malignancy in neurofibromatosis type 1. Oncologist. 2000;5:477-85.

51. North KN, Riccardi V, Samango-Sprouse C, Ferner R, Moore B, Legius E, et al. Cognitive

function and academic performance in neurofibromatosis 1: consensus statement from the

NF1 Cognitive Disorders Task Force. Neurology. 1997; 48:1121-7.

52. Zo¨ller ME, Rembeck B, Ba¨ckman L. Neuropsychological deficits in adults with

neurofibromatosis type 1. Acta Neurol Scand. 1997; 95:225-32.

53. Xu GF, O’Connell P, Viskochil D, Cawthon R, Robertson M, Culver M, et al. The

neurofibromatosis type 1 gene encodes a protein related to GAP. Cell. 1990; 62:599-608.

54. Ballester R, Marchuk D, Boguski M, Saulino A, Letcher R, Wigler M, et al. The NF1 locus

encodes a protein functionally related to mammalian GAP and yeast IRA proteins. Cell. 1990;

63:851-9.

55. Daston MM, Scrable H, Nordlund M, Sturbaum AK, Nissen LM, Ratner N. The protein product

of the neurofibromatosis type 1 gene is expressed at highest abundance in neurons, Schwann

cells, and oligodendrocytes. Neuron. 1992; 8:415-28.


56. Zhu Y, Ghosh P, Charnay P, Burns DK, Parada LF. Neurofibromas in NF1: Schwann cell origin

and role of tumor environment. Science. 2002; 296: 920-2.

57. P. A. Gerber, A. S. Antal, N. J. Neumann1, B. Homey, C. Matuschek, M. Peiper, W. Budach, E.

Bφlke. NEUROFIBROMATOSIS Eur J Med Res (2009) 14: 102-105

58. McClatchey AI. Neurofibromatosis. Annu Rev Pathol 2, 191-216 (2007).

59. Baser ME, Evans DG, Gutmann DH. Neurofibromatosis 2. Curr Opin Neurol 16, 27-33 (2003).

60. Xiao GH, Chernoff J, Testa JR. NF2: the wizardry of merlin. Genes Chromosomes Cancer 38,

389-99 (2003).

61. Scoles DR. The merlin interacting proteins reveal multiple targets for NF2 therapy. Biochim

Biophys Acta 1785, 32-54 (2008).

62. Curto M, Cole BK, Lallemand D, Liu CH, McClatchey AI. Contact-dependent inhibition of EGFR

signaling by Nf2/Merlin. J Cell Biol 177, 893-903 (2007).

Education

Λυρατζοπουλος ncRNAs-καταλυτικές ιδιότητεςRNA-α1αντιθρυψινη-g6pd-κυστική ίνωση-Taysachs-νευροινωμάτωση