结构生物化学/核酸/RNA/RNA 干扰/RISC(RNA 诱导沉默复合体)
RISC 的主要成分是 Argonaute (Ago) 蛋白。这些蛋白将与 RNA 结合。Ago 家族可以分为 Argo 亚家族和 Piwi 亚家族。siRNA 和 miRNA 结合到 Argo 亚家族,而 piRNA 结合到 Piwi 亚家族。在哺乳动物中,四个 Ago 亚家族蛋白(AGO1-4)中的每一个都可以抑制翻译,但只有 AGO2 可以切割 RNA 并导致 RNA 干扰(RNAi)。
siRNA 和 miRNA 来自被 RNase III 酶 Drosha 和 Dicer 切割的双链 RNA。产生的 RNA 称为 RNA 双链体。关于 RNA 在与 Ago 蛋白结合时解旋的时间,有两种模型。‘解旋酶模型’提出 RNA 首先被分离成单链 RNA,然后被整合到 Ago 蛋白中。另一个模型是‘双链体加载模型’,它指出双链 RNA 结合到 Ago 蛋白,然后在蛋白内解离。最近的研究表明,‘双链体加载模型’可能是 RNA 解旋的模型。因此,RISC 组装可以分为 2 个步骤:小 RNA 双链体与 Ago 蛋白结合,双链 RNA 解离成两个单链 RNA。与 Ago 蛋白结合的 RNA 双链体被称为 pre-RISC,而带有单链 RNA 的 Ago 蛋白被称为 mature RISC。
由于双链 RNA 会解旋成两个单链 RNA,因此必须丢弃其中的一条链。被丢弃的 RNA 链称为乘客链,另一条链称为导向链。5' 端不太稳定的链将充当导向链,而另一条链则被丢弃。
Ago 蛋白需要 RISC 加载机制的帮助才能与 RNA 结合。RISC 加载机制由果蝇 Ago2 的 Dicer-2 (DCR-2) 和 R2D2 组成。R2D2 结合到 RNA 的更稳定端,而 Dcr-2 结合到更不稳定端。虽然 Dcr-2 可以切割 RNA 并将 RNA 加载到 Ago 蛋白中,但研究表明 siRNA 双链体必须在切割后从 Dcr-2 解离,然后根据其稳定性重新结合到 Dcr-2-R2D2 二聚体上。人类只有一种 Dicer,即人类 Dicer,其伴侣蛋白 TRBP (TAR 结合蛋白) 帮助将 RNA 加载到 AGO2-RISC 中。然而,研究表明 Dicer 只有在加载到果蝇 Ago2 时才需要。在为其他 Ago 蛋白加载 RNA 复合体时不需要它。似乎存在两种 RISC 加载途径,一种是 Dicer 依赖途径,另一种是 Dicer 非依赖途径。
siRNA 双链体通常具有完全互补的序列,因此所有碱基都排列整齐。然而,miRNA-miRNA* 复合体通常具有中央错配。在果蝇中,Dcr-R2D2 喜欢结合到完全互补的 siRNA 样复合体,但不喜欢具有错配的 RNA 链。另一方面,Ago1 喜欢结合到在核苷酸 8-11 附近具有中央错配的序列。
另一个引导加载正确的方向是导向链 5' 端核苷酸的同一性。在果蝇中,Ago1 偏好 U,而 Ago2 偏好 C。对于植物,链的方向在很大程度上也依赖于核苷酸的同一性。拟南芥 AGO1 偏好 U,AGO2 和 AGO 4 偏好 A,而 AGO 5 偏好 C。拟南芥 Ago 蛋白的 MID 和 PIWI 结构域赋予对 5' 端核苷酸的识别。然而,哺乳动物 Ago 蛋白只偏好完全互补的 siRNA 样复合体,而不喜欢具有非中央错配的 RNA。然而,如果 RNA 只有中央错配,Ago 蛋白也会毫无困难地将其整合。此外,人类 Ago 蛋白对 5' 端核苷酸没有偏好。因此,人类 Ago 蛋白没有严格的小 DNA 分选系统。
加载有双链 RNA 的 pre-RISC 与与目标 mRNA 结合的 mature RISC 非常相似。因此,乘客 RNA 就像导向链的目标 RNA。在切片依赖解旋中,乘客链被丢弃,就像目标 mRNA 被丢弃一样。这种类型的解旋只发生在具有高度互补链的 siRNA 样复合体中。
人类 AGO1、3 和 4 没有切片活性,因此它们不能使用切片依赖解旋。此外,如果 RNA 链具有错配,切片将无法解开两条链。因此,另一种途径被提议为切片非依赖解旋。在这种类型的解旋中,错配的 RNA 实际上会加速解旋过程,这对这种类型的解旋至关重要。因此,科学家将此称为目标识别的‘镜像’过程。它基本上与导向链退火到目标链时相反。
Kawamata,T 和 Tomari,Y。“制造 RISC”。生物化学趋势.35.7(2010):368-376.