עריכת RNA

עריכת RNA הוא תהליך תוך תאי שגורם לשינוי ברצפי ה-RNA מהתבנית המקורית של ה-DNA (או ה-RNA). הריאקציה של עריכת ה-RNA משנה רק נוקלאוטיד אחד או שניים, ויכולה לגרום למחיקה או החדרה של בסיס; כתוצאה מכך יכולים להשתנות קודונים ב-mRNA, עשויים להיווצר אתרים חדשים של שחבור, קודוני פסק, ואף שינויים מבניים של ה-RNA.

התהליך של עריכת RNA מתרחש בכל מערכות החיים - בחולייתנים, חסרי חוליות, צמחים, חיידקים ווירוסים ומשפיע על סוגים שונים של מולקולות RNA כולל mRNA, rRNA, tRNA, miRNA.

תהליכי עריכת RNA נראים מגוונים מאוד מבחינת המנגנון המולקולרי שלהם, ונראה שהתפתחו מספר פעמים באופן בלתי תלוי במהלך האבולוציה. ישנם מספר סוגים של תהליכי עריכה של RNA שגורמים למגוון הזה, כולל חילופי נוקלאוטידים, כגון Cytidine (C) ל-Uridine (U) ו-Adenosine (A) ל-Inosine (I), וכן תוספות ומחיקות של נוקלאוטידים שאינם מצויים בתבנית ה-DNA הגנומית.

 מיקום עריכת RNA 
עריכת RNA מתבצעת בעיקר בתוך גרעין התא ולא על ידי אברון נפרד, למשל מיטוכונדריון או ריבוזום. התהליך מתרחש כחלק ממנגנוני עיבוד ה-RNA לאחר השעתוק. המרכיבים העיקריים שמעורבים בעריכת RNA הם אנזימים ספציפיים ובהם ADAR (Adenosine Deaminase Acting on RNA) שמבצע שינוי של אדנוזין לאינוזין, ומבנים (קומפלקסים) חלבוניים הקשורים לשחבור (splicing) ולעיבוד RNA. במקרים מסוימים, עריכת RNA יכולה להתרחש גם במיטוכונדריה ובכלורופלסטים, בעיקר ביצורים חד-תאיים או בצמחים.

 היסטוריה של עריכת RNA 
עריכת RNA זוהתה לראשונה בשנות ה-80 ב-mRNA המקודד על ידי המיטוכונדריה של יצורים חד תאיים – טריפנוזומה, כאשר התרחשה מחיקת נוקלאוטיד, או הוספה של הנוקלאוטיד U. חוקרים זיהו, שב-mRNA של תת-יחידה 2 של cytochrome c oxidase (cox2) במיטוכונדריה של טריפנוזומה יש ארבעה נוקלאוטידים U שאינם מקודדים בגנום המיטוכונדריה. לאחר גילוי זה נתגלתה עריכת RNA ב-mRNA המקודד לחלבון אפוליפופרוטאין באדם, ובמספר מולקולות המקודדות לחלבונים ב-DNA המיטוכונדרי של צמחים.המרחק האבולוציוני בין האורגניזמים השונים שבהם נצפתה העריכה, וההשפעה על הפנוטיפ ופעילות התא והאורגניזם (ראו בהמשך) מרמזים על החיוניות של מנגנוני העריכה השונים.

 מנגנוני עריכת RNA 
 מחיקה/החדרה (insertion/deletion) 
במסגרת תהליך זה של עריכת RNA נוצרים שני סוגים של RNA - ה-mRNA הערוך מראש (pre-edited mRNA) ומולקולת gRNA (guide RNA). עריכת ה-RNA מתרחשת באמצעות מחיקה או החדרה של הנוקלאוטיד Uridine (U), שתוארה לראשונה בקינטופלסט-מיטוכונדריה של T.brucei; יש לציין, כי היקף העריכה משתנה בין מספר בסיסי Uracil שנמצאים בכמה אתרים סמוכים למאות אתרי Uracil שנמצאים ברחבי הגנום כולו - "עריכה פנורמית" (pan-editing). כדי שתתרחש החדרה או מחיקה של בסיסים יש צורך בזיווג בסיסים בין gRNAs ותבניות RNA שנערכו מראש.

 עריכת החלפה (substitution) 
בעריכת החלפה, כתוצאה משינויים בתכונות זיווג הבסיסים של הריבונוקלאוזידים ששונו מתרחשת החלפה של בסיסים שגורמים או לשינוי בקוד לחומצה אמינית אחת (או יותר), או החלפה שתשפיע על התכונות המבניות של RNAs. השינויים הנפוצים ביותר הם: החלפה של C ל-U, ושל-A ל-I (אינוזין נקרא כמו גואנין לאחר מכן). בנוסף, תוארו שינויים נוספים של U ל-C, G ל-A וגם החלפה מ-U ל-A, אם כי במידה מועטה. עריכת ההחלפה מתרחשת ב- pre-mRNAs וגם ב- tRNAs.ממוזער|איור 1: החלפת נוקלאוטיד מ-A ל-I באמצעות אנזים ADAR|417x417px
 החלפה מ-A ל-I: עריכה מ-A ל-I (איור 1) מתייחסת להידרוליזה האנזימטית של אדנוזין לאינוזין, על ידי האנזימים ממשפחת ה-ADAR (Adenosine deaminase Acting on RNA). ההחלפה הזאת גורמת להחלפת נוקלאוטיד מכיוון ש-I מזוהה כ-G במקום A הן על ידי ריבוזומים והן על ידי RNA פולימראז. חלבוני ADAR אופיינו באורגניזמים שונים כמו חולייתנים, חרקים, ותולעים. ביונקים ידועים שלושה גנים של ADAR (ADAR1, ADAR2 ו-ADAR3), מהם שניים (ADAR1 ו-ADAR2) ידועים כפעילים מבחינה אנזימטית כדה-אמינאזות, ואילו פעילותו הקטליטית של השלישי (ADAR3) כ-deaminase טרם נצפתה. באאוקריוטים יש שני אזורים שמתרחשת בהם החלפה מ-A ל-I במולקולת tRNA. בשמרים האזור הראשון הוא נוקלאוטיד האנטיקודון הראשון I34. והאזור השני הוא הנוקלאוטיד שאחרי האנטיקודון A37. הקטליזה של שני האזורים מתבצעת על ידי שני אנזימים שונים. ADAT1 אחראי על האזור של 37, ו-ADAT2/ADAT3 על האזור של 34. בפרוקריוטים המקרים שמתרחשת בהם ההחלפה מ-A ל-I במולקולת tRNA לא נפוצים. יש מקרה אחד שמתרחשת בו ההחלפה באזור נוקלאוטיד האנטיקודון 34,וזה מתרחש באאובקטריה (eubacteria). מחקר שנעשה על חיידק E. coli זיהה את האנזים TadA שהוא adenosine deaminase ספציפי ל-tRNA. יש גם כמה מקרים בארכאה בהם מתרחשת החלפת נוקלאוטיד ב-tRNA: טרם ההחלפה נראיית מתילציה בעמדה 57A באמצע ה-T-loop ורק אז מתרחשת הדה-אמינציה.

ממוזער|איור 2: החלפת נוקלאוטיד מ-C ל-U באמצעות אנזים APOBEC|387x387px
 החלפה מ-C ל-U: העריכה מ-C ל-U (איור 2) מתרחשת על ידי האנזים ציטידין דמינאז (cytidine deaminase). הסוג הזה של ההחלפה נפוץ יותר במיטוכונדריה של צמחים וההחלפה מסוג הזה שמתרחשת ב-tRNAs באברונים של אאוקריוטים נוספים. ידוע רק על מקרה אחד שבו ההחלפה הזאת לא מתרחשת - tRNA באברונים שבציטופלזמה של Trypanosoma brucei. סוג זה של עריכת RNA, אשר מחליף ציטידינים לאורידינים, התפתח בצמחי קרקע, וככל הנראה אבד בכמה צמחים מסוג "liverworts marchantiid". המספר של הנוקלאוטידים משתנה בין שושלות הצמחים, לדוגמה: רק 8 אירועים מתרחשים במיטוכונדריה של הטחב Funaria hygrometrica ו-11 ב-Physcomitrella patens. בחולייתנים, סוג עריכה זה זוהה לראשונה ב-mRNA המקודד apolipoprotein B (apoB) שבו קודון גלוטמין (CAA) משתנה לקודון עצירה (UAA). העריכה זאת של ה-RNA מתרחשת בעזרת חלבוני PPR שמעורבים במיקוד העריכה לנוקלאוטידים ספציפיים.
 החלפות אחרות: החלפות האחרות כגון U ל-C, G ל-A או החלפות אחרות הם אירועים נדירים. המנגנונים המולקולריים והאנזימים המעורבים בשינויים מסוג זה עדיין לא זוהו.

 עריכת RNA בצמחים 
בצמחים עריכת ה-RNA זוהתה במיטוכונדריה ובכלורופלסט כאשר יש החלפה מ-C ל-U בנוסף להחלפה פחות נפוצה מ-U ל-C. עריכת RNA בצמחים זוהתה לראשונה במיטוכונדריה של צמחים פורחים בשנת 1989 על ידי השוואה בין רצפי DNA ו-RNA. מאוחר יותר, זוהו השינויים הללו גם בכל הצמחים היבשתיים. מחקרים מראים, שעריכת ה-RNA היא חיונית לתפקוד תקין של פעילות התרגום והנשימה של הצמח.

 עריכת RNA בבני אדם 
מספר סוגים של עריכת RNA תוארו בבני אדם, כאשר הנפוץ ביותר הוא החלפה מ-Adenine ל-Inosine (A to I); נפוצה פחות היא ההחלפה מ-Cytosine ל-Uridine. תוארו עוד החלפות נדירות יותר שזוהו ברקמות כמו, G ל-A, U ל-A ועוד, אם כי המנגנון העומד בבסיסן אינו ידוע. כאמור למעלה, ההחלפה מ-A ל-I מתבצעת באמצעות האנזים ADAR (מתוך שלושת הגנים המקודדים ל-ADAR (ADAR1, ADAR2 ו-ADAR3); שהשניים הראשונים (ADAR1,ADAR2) אשר פעילים כדהאמינאזות מתבטאות בכל הרקמות ויש להם איזופורמים שונים, השלישי (ADAR3) שכאמור עדיין לא הוכח כאנזים deaminase קטליטי פעיל, מתבטא באדם ברמה נמוכה במוח.

נתגלה ש-ADAR1 ו-ADAR2 אינם מצויים רק בחולייתנים, אלא גם יש להם גנים אורטולוגיים (אותו גן ביצורים שונים) בחסרי חוליות, מה שמצביע ששניהם הופיעו מוקדם במהלך האבולוציה של יצורים רבי תאים (מטזואה). לעומתם דמיון ברצף החלבונים של-50% בין ADAR3 ל-ADAR2 מרמז, כי ככל הנראה ADAR3 התפתח מאוחר יותר כתוצאה מדופליקאציה (הכפלה) של ADAR2 בחולייתנים.

 עריכת RNA בבעלי חיים 
 עריכת RNA בחולייתנים 
מרבית אירועי עריכת ה-RNA בחולייתנים הם החלפה מ-A ל-I במיוחד באלמנטים חוזרים בגנום כגון ALU. כמו באדם, אירועי עריכה הגורמים להחלפה של C ל-U מתרחשים באמצעות apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic polypepti (APOBEC).

 עריכת RNA בחסרי חוליות 
מחקרים שנעשו בדרוזופילה ובסילוניות (דיונונים, תמנונים) מראים שחלק ניכר מאירועי העריכה הידועים מתרחשים באזורים המקודדים לחלבונים בעלי תפקיד חשוב בחיי האורגניזם. נתונים ממספר קטן של מינים מצביעים על כך שבניגוד ליונקים, בהם עריכת mRNA הגורמת לשינוי בקידוד ה-RNA (recoding) נדירה יחסית, בדרוזופילה אותרו כ־1300 אתרי recoding, וחלק מהאתרים האלה שינו את תפקוד החלבון, במיוחד בתאים המשתייכים למערכת העצבים. מספר יוצא דופן של אתרי עריכת RNA נתגלה במח התמנון: נראה, כי עריכה מ-A ל-I משחקת תפקיד בהתמודדות התמנון עם שינויי טמפרטורה קיצוניים: כ-33% מהאתרים מושפעים מהשינוי בטמפרטורה, ויותר מ-20,000 אתרים ברחבי הגנום עברו עריכת RNA מוגברת יותר בקור.

 עריכת RNA בווירוסים 
ידוע שווירוסים מסתמכים על מארחים לצורך שכפולם. ונראה, שלפחות חלק מהמנגנונים המעורבים ביכולת הווירוס לנצל את המארח לצורך שכפול נעזרים בעריכת RNA. הגילוי הראשון של עריכת RNA בתיווך מארח דווח בשנת 1992: עריכה זו מווסתת את האריזה של וירוס הפטיטיס D ומעכבת את שכפולו. ניתן לסווג את האינטראקציה בין אנזימי עריכת RNA לבין ה-RNA הויראלי לשתי קטגוריות: deamination-dependent (ויסות ציס) ו-deamination-independent (ויסות טרנס). עריכת RNA בתיווך המארח יכולה להשפיע משמעותית על מחזור החיים הוויראלי, הסתגלות המארח לקיומו של הווירוס בסביבות שונות ועוד. עריכת RNA בתיווך מארח יכולה להוביל להשפעה פרו-ויראלית (proviral) או אנטי-ויראלית (antiviral) על וירוסים: השפעה פרו-ויראלית מסייעה לנגיפים להתחמק מתגובה של המערכת החיסונית של המארח באמצעות קידום שכפול וירוסים וסינתזת חלבונים. דוגמה לווירוס פרו-ויראלי זה ווירוס VSV כאשר ADAR1 מעלה את הרגישות של המארח לווירוס. השפעה אנטי-ויראלית פועלת כנגד מגוון רחב של וירוסים באמצעות עיכוב של שכפול וירוסים או תיעתוק הפוך (reverse transcription). דוגמה לווירוס אנטי-ויראלי זה ווירוס LCMV כאשר ADAR1 מחליף את נוקלאוטיד A ל-I.

 עריכת RNA בחיידקים 
בחיידקים היה ידוע רק על מקרה אחד של עריכת RNA שמתרחשת במולקולת tRNA שבה יש שינוי מ-A ל-I והשינוי הזה תווך על ידי האנזים TadA. לאחרונה, התגלה שעריכת RNA גם מתרחשת ב-mRNA של החיידקים. התגלו 15 מקרים שבהם A משתנה ל-I כאשר 12 מהם מתרחשים באזורים מקודדים לחלבונים.

 עריכה בסוגי RNA שונים 
כמו שתואר למעלה, עריכת RNA משפיעה על כל סוגי RNA, כאשר רב אירועי העריכה מתרחשים ב-tRNA וב- rRNA.

עריכת mRNA משנה את הרצף של mRNA מה שמוביל ליצירת חלבונים ערוכים. עריכת tRNA יוצרת אלמנטים מבניים חיוניים במבנה ראשוני, שניוני ושלישוני, הכוללות נוקלאוטידים של לולאה וגבעולים שמצומדים לבסיס. והשינויים בעריכת rRNA מרוכזים בעיקר באזורים פונקציונליים של הריבוזום, כגון מרכז פפטידיל טרנספראז (peptidyl transferase center). השינויים ככל הנראה משחקים תפקיד בכוונון של המבנה של הריבוזום ומשחקים תפקיד בעיבוד של rRNA.
 RNA לא-מקודד ורגולציה בתהליכי עריכת RNA  

לצד עריכת RNA של מולקולות mRNA, מחקרים מהעשורים האחרונים מצביעים על כך שמולקולות RNA שאינן מקודדות לחלבון (ncRNA) – ובהן microRNA (miRNA), RNA ארוך לא-מקודד (lncRNA) ו-circular RNA (circRNA) – מהוות שכבת בקרה מרכזית על ביטוי גנים. לפי מרכז דנגור לרפואה מותאמת אישית, משפחות ncRNA אלו אינן פועלות רק כמתווכות ביטוי גנטי, אלא יוצרות "רשת רגולטורית" המשפיעה על תרגום, על יציבות מולקולות RNA אחרות ועל פעילות אפיגנטית.

עריכת RNA מסוג A-to-I (תיווך ADAR) ו-C-to-U משפיעה על ncRNA במספר רמות: שינוי אתר קישור של miRNA למולקולות מטרה, עריכת אזורי קישור של lncRNA לחלבונים או ל-DNA, וליצירת איזופורמים שונים של circRNA בעלי תפקידים רגולטוריים שונים. עריכה זו עשויה לשנות את יציבות מולקולות ה-ncRNA, את פעילותן ואת רשת הבקרה שעליהן הן אחראיות.

מחקרים עדכניים מצביעים על כך שעריכת ncRNA עשויה להשפיע על תהליכי התמיינות, תגובה תאית לעקה, ויסות מערכת החיסון ואף התפתחות מחלות שונות, כולל הפרעות נוירולוגיות וסרטן.

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
קטגוריה:גנטיקה מולקולרית
קטגוריה:גנומיקה