MikroRNA

Genetikte, mikroRNA (miRNA) yaklaşık 21-23 nükleotit uzunluğunda tek iplikli RNA molekülü türüdür, gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynar. miRNA'lar kodlamayan RNA'lardandır, yani DNA'dan transkripsiyonu yapılan ama proteine çevirisi yapılmayan genler tarafından kodlanırlar. Pri-miRNA olarak adlandırılan primer transkriptler işlenerek, önce pre-miRNA adlı kısa sap-ilmik yapılarına, sonra da fonksiyonel miRNA'ya dönüşürler. Olgun miRNA moleküller bir veya daha çok mesajcı RNA (mRNA) ile kısmî tamamlayıcıdır ve başlıca işlevleri gen ifadesini aşağı ayarlamaktır. 1993'te Lee ve çalışma arkadaşları tarafından Victor Ambros laboratuvarında keşfedilmişlerdir, ancak mikroRNA terimi ilk 2001'de kullanıma girimiştir.

Oluşumu ve işlenmesi

miRNA'yı kodlayan genler işlenmiş olgun miRNA molekülünden çok daha uzundur. miRNA'lar önce birincil (primer) transkript, veya pri-miRNA olarak yazılırlar, bu transkriptlerin birer başlığı ve poli-A kuyruğu vardır. Bunlar işlem görüp hücre çekirdeğinde pre-miRNA olarak bilinen kısa, 70 nükleotit uzunlukta, sap-ilmik şekilli, öncül (prekürsör) yapılara dönüşür. Bu işlenme hayvanlarda Mikroişlemci kompleks (İng. Microprocessor complex) adlı bir protein kompleksi tarafından gerçekleştirilir. Mikroişlemci kompleks'te Drosha adlı bir nükleaz, ve Pasha adlı çift iplikli RNA bağlayıcı protein bulunur.
Pre-miRNA'lar sonra sitoplazmada Dicer adlı endonükleaz ile etkileşerek olgun miRNA'ya dönüşürler. Dicer aynı zamanda RNA-indüklenmiş susturma kompleksi (İng. RNA-induced silencing complex; RISC) oluşumunun başlatır. Bu kompleks miRNA ifadesi ve RNA interferanstan kaynaklanan gen susturmasından sorumludur.
Bitkilerde miRNA oluşumunun yolu, Drosha'nın homologlarının olmamasından dolayı hayvanlardakinden biraz farklıdır; onun yerine Dicer homologları tek başlarına birkaç işlem aşamasını yürütürler. Ayrıca intronik sap-ilmiklerden meydana gelen miRNA'ların oluşumunda da Drosha değil, Dicer görev alır. DNA'nın anlamlı veya ters anlamlı ipliği de miRNA'nın oluşumunda kalıp işlevi görebilir.
Pre-miRNA'nın verimli bir şekilde işlenmesi için, sap-ilmik yapısının hem 5', hem de 3' ucunda tek iplikli RNA uzantıların olması gerekir. Bu tek iplikli RNA motiflerin bileşimlerinden çok uzunlukları son derece önemlidir, işlenmenin gerçekleşebilmesi için. İnsan ve sinek  pri-miRNA'larının bir biyoenformatik analizi, çok benzer yapısal bölgelerin varlığını göstermiş, bunlar, bazal kısımlar, aşağı saplar, yukarı saplar ve uç ilmikler olarak adlandırılmıştır; evrimsel olarak korunmuş bu yapılara dayanarak pri-miRNA'nın termodinamik profilleri tanımlanmıştır. Drosha kompleksi, RNA molekülünü uç ilmikten yaklaşık 22 nükleotit uzaktan keser. Çoğu pre-miRNA'da tepesinde bir ilmik olan mükemmel çift sarmallı bir yapı yoktur. Bu seçiciliğin birkaç olası açıklaması vardır. Bir olasılık, 21 baz çiftinden uzun çift sarmallı RNA'nın enterferon tepkisi ve hücrenin anti-viral mekanizmasını harekete geçirmesidir. Bir diğer makul açıklama pre-miRNA'nın termodinamik profilinin hangi ipliğin Dicer kompleksine dahil olacağını belirlemesidir.
Dicer pre-miRNA sap-ilmiğini kestikten sonra iki tamamlayıcı kısa RNA molekülü meydana gelir, ama bunlardan sadece biri RISC kompleksine dahil olur.  RISC kompleksinin içinde yer alan bir RNAz olan argonaute'un etkisiyle bu ikisinden 5' ucu daha kararlı olanı seçilip komplekse dahil olur.  Bu iplik kılavuz iplik (İng. guide strand) olarak adlandırılır. Öbür iplik, anti-kilavuz veya yolcu iplik olarak adlandırılır, RISC kompleksinin substratı olarak sindirilir. Aktif RISC kompleksine entegre olduktan sonra miRNA'lar kendi tamamlayıcı mRNA molekülleri ile baz eşleşmesi yapar ve argonaute proteinleri tarafından mRNA'nın yıkımına neden olurlar.

Hücresel işlevler

miRNA'nın işlevinin gen düzenlemesi olduğu anlaşılmaktadır.  Bu amaçla bir miRNA bir veya daha çok mRNA'yı tamamlayıcıdır (komplemanterdir). Hayvan miRNA'ları genelde 3' UTR bölgesine tamamlayıcıdırlar, bitki miRNA'ları ise mRNA'ların protein kodlayıcı kısımlarına tamamlayıcıdır. miRNA'nın mRNA ile eşleşmesi bazen protein çevirisini engeller ve bazen de mRNA'nın kesilmesini (RNA interferansa benzer bir süreçle) kolaylaştırır.  Çoğu hayvan miRNA'sı protein çevirisini engeller, çoğu bitki miRNA'sı da mRNA'yı keserek çalışır. miRNA'lar ayrıca hedef mRNA'ya karşılık gelen genomik bölgelerde DNA metilasyonuna neden olabilirler.  miRNA'lar kendilerini tamamlayan bir grup proteinle (mikroribonükleoproteinler = miRNP) birlikte işlev görürler.
miRNA'nın etkileri ilk 1993'te Victor Ambros ve çalışma arkadaşları tarafından C. elegans solucanında keşfedildi. miRNA'ların varlığı çeşitli bitki ve hayvanlarda teyid edilmiştir. Ökaryotik miRNA genlerinin benzerleri bakterilerde de bulunmuştur, bunlar mRNA ile eşleşerek mRNA çokluğunu ve çevirisini kontrol etmektedirler, ancak bu süreçte Dicer enziminin bir benzeri yer almadığı için bu RNA'lar genel olarak miRNA olarak sayılmamaktadırlar.
Bitkilerde kısa müdaheleci RNA'lar (İng. short-interfering RNA; siRNA kısaltmasıyla anılır) viral RNA'nın transkripsiyonunu engellemeye yarar. siRNA çift iplikli olmasına rağmen, etki mekanizması miRNA'nınkine yakından benzer, saç firkete yapıları göz önüne alınırsa bu benzerlik daha da çarpıcıdır. siRNA'lar, miRNA'lar gibi, gen denetimine yararlar.

Gen aktivasyonu

Çift iplikli RNA (İng. double stranded RNA'dan dsRNA olarak kısaltılır) gen ifadesini ayrıca etkinleştirebilir de, buna "küçük RNA indüklenmiş gen aktivasyonu" (İngilizce small RNA-induced gene activation veya RNAa). Gen promotörlerinin dsRNA ile hedeflenmesi, ilişkili genlerde güçlü bir transkripsiyon aktivasyonu yaratabilir.  İnsan hücrelerinde bu hem sentetik dsRNA ile ("küçük etkinleyici RNA" veya İng. small activating RNA veya saRNA), hem de endojen miRNA için gösterilmiştir.

mRNA sinyalizasyonunun belirlenmesi ve manipülasyonu

Bir miRNA'nın aktivitesi bir kilitli nükleik asit türü olan bir morfolino veya 2'-O-metil RNA oligo kullanılarak deneysel olarak bloke edilebilir. miRNA'nın olgunlaşmasındaki adımlar, bloke edici oligonükleotitler ile engellenebilir. Bir miRNA'nın mRNA üzerindeki bağlanma yeri de bir oligo tarafından sterik olarak bloke edilebilir.

miRNA ve hastalık

miRNA ökaryotik hücrelerin normal işlevinde yer aldığı gibi, miRNA'nın bozuk çalışması da hastalığa neden olur.  Kanser, nöroloji, kardiyoloji, viroloji'de bu konuda çalışmalar sürmektedir.

miRNA ve kanser

Birkaç miRNA ile bazı kanser tipleri arasında ilişkiler bulunmuştur.
Aşırı c-myc (çeşitli kanserlerde rol oynayan bir protein) üreten bir fare türünde yapılan araştırmalar miRNA'nın kanser gelişmesine etki ettiğini göstermiştir.  Lenfomalarda  bulunan miRNA'ları özellikle çok miktarda üretmek üzere tasarlanmış farelerde 50 gün içinde kanser gelişmiş ve bunlar iki hafta ardından ölmüşlerdir.
Bir diğer çalışmada, hücre çoğalmasını düzenleyen E2F1 proteininin iki tip miRNA tarafından inhibe edildiği gösterilmiştir. miRNA, mesajcı RNA'ya bağlanarak gen aktivitesine etki eden proteinlerin çevrimini engellemektedir.
miRNA kodlayan 217 genin etkinliği ölçülerek farklı kanser tiplerini ayırdebilen gen aktivite örüntüleri bulunmuştur.  miRNA profilleri kanserlerin sınıflandırılmasına yarayabilir.  Böylece hekimler bir kanser dokusunu analzi edip onun hangi dokudan yayılmış olduğunu anlayabilir ve özgün doku tipine göre tedavi planlayabilirler.  Kronik lenfositik lösemili hastaların bu kanserin hızlı mı yavaş mı gelişen türünü taşıdıkları anlamak için miRNA profillemesi kullanılabileceği gösterilmiştir.

miRNA ve kalp hastalığı

miRNA fonksiyonunun kalpteki global rolünün anlaşılması için fare kalbinde miRNA olgulaşması engellenmiş ve miRNA'nın bu organın gelişmesinde önemli bir rol oynadığı görülmüştür. miRNA expression profiling studies demonstrate that expression levels of specific miRNAs change in diseased human hearts, pointing to their involvement in cardiomyopathies. Ayrıca, belli miRNA'lar üzerinde yapılan araştırmalar kalp gelişimi sırasında miRNA'ların farklı rolleri olduğunu göstermiştir.