Wyciszanie genu jest procesem epigenetyka w regulacji ekspresji genów uniemożliwiające wytwarzanie białka z genu . Jest to starożytny mechanizm regulacyjny eukariotów , który w związku z tym występuje w wielu komórkach zwierzęcych i roślinnych.
Procesy te przebiegają na dwóch poziomach: albo proces wpływa na gen i zapobiega jego transkrypcji, mówi się wtedy o wygaszaniu transkrypcji (TGS, wyciszanie genów transkrypcji ); lub wpływa na informacyjny RNA i zapobiega jego translacji. Ten ostatni proces w organizmach roślinnych nosi nazwę PTGS, potranskrypcyjne wyciszanie genów ; RNAi, interferencja RNA u zwierząt; tłumienie w przypadku grzyba Neurospora crassa . W obu przypadkach mówimy o inaktywacji genów.
Te dwa typy wyciszania genów są wykorzystywane do regulacji genów endogennych. Można je również stosować do ochrony przed transpozonami czy wirusami .
To właśnie fali transgenezy, która nastąpiła po odkryciu transformacji roślin przez Agrobacterium tumefaciens w latach 80. XX wieku, zawdzięczamy pierwszą identyfikację wymierania genów. Rzeczywiście, wśród roślin, które mają zintegrowany obcy gen, pewna część osobników nie wykazuje ekspresji obcego genu. W 1990 r. Dwa równoczesne badania nad nadekspresją syntazy chalkonu w petunii wykazały, że informacyjne RNA transgenu i genu enzymu są niedekspresjonowane w niektórych częściach kwiatu (najmniej zabarwionych). Następnie mówi o współdławieniu. W krótkim czasie kilka badań pozwoliło wykazać uniwersalność tego zjawiska u roślin, ale także we wszystkich organizmach eukariotycznych. Wreszcie, odkryto i zbadano dwa główne typy inaktywacji genów: TGS i PTGS.
Jest to modyfikacja histonów indukująca konformację DNA w normalnych warunkach. Zjawisko to tłumaczy się istnieniem homologii sekwencji między regionami promotorowymi genu i danego transgenu . Następnie zachodzi metylacja cytozyn (zasady C DNA), a te hipermetylowane regiony byłyby następnie rozpoznawane przez białka indukujące kondensację chromatyny: dlatego informacja genetyczna nie może być transkrybowana.
W tym przypadku docelowy gen lub transgen został już transkrybowany, a informacyjne RNA niezbędne do translacji są już obecne w cytoplazmie komórki w mniej lub bardziej wysokim stężeniu.
Fazę inicjacji PTGS można podzielić na trzy odrębne etapy:
Po pierwsze, cząsteczka jest niezbędna do powstania PTGS, jest to dwuniciowa cząsteczka RNA ( dsRNA ). Ten dsRNA może pochodzić z wirusa (pośrednia replikacja genomu wirusa), wstawienie transgenu w odwrotnej repetycji , co spowoduje transkrypcję sensownych i antysensownych nici RNA, które mogą tworzyć dupleks lub po prostu przez konformację drugorzędowego strukturę jednoniciowego RNA z pętlą macierzystą , wirtualnie reprezentującego dwuniciową cząsteczkę RNA.
Ta cząsteczka będzie rozkładana specyficznie przez RNase III, zwaną Dicer. Pierwotnie występuje u Drosophila, od tego czasu wykazano, że homologi Dicer znajdują się u wszystkich eukariotów (nazywane są DCL, Dicer Like Protein . Białko to ma domenę helikazy , dwie domeny RNazy III, domenę wiążącą dsRNA i wreszcie konserwowana domena o nazwie PAZ.
Wreszcie, ukierunkowanie dsRNA homologicznego do niepożądanego RNA wymaga interwencji określonego kompleksu białkowego, zwanego RISC, kompleksu wyciszającego indukowanego RNA . Po degradacji mRNA przez DCL, cząsteczka z rodziny Argonautów , zwana AGO, odzyskuje rozszczepione nici, ale wiąże się tylko z jedną nicią i ostatecznie łączy się z innymi białkami (w tym DCL), tworząc kompleks RISC. Kompleks ten spełnia następnie dwie funkcje: kierowanie dsRNA, dzięki małemu interferującemu RNA konserwowanemu przez AGO, który służy jako „przewodnik” do kompleksu, oraz degradacji przez DCL.
RozpiętośćRozprzestrzenianie się PTGS jest istotne niezależnie od funkcji, jaką pełni dla organizmu. Badania nad rozprzestrzenianiem się PTGS przeprowadzono głównie na roślinach (najłatwiejszy do zbadania system biologiczny), ale wykazano również, że u nicieni ( Caenorhabditis elegans ) występuje podobne zjawisko.
Kluczowymi cząsteczkami odpowiadającymi za ten mechanizm są małe interferujące RNA (pRNA) . Wykazano, że w tytoniu specyficzne białko SAM-S dosłownie eliminuje plazmodesmy , umożliwiając stopniową transmisję tych małych interferujących RNA (pRNAi) , a tym samym umożliwiając propagację tego zjawiska.
KonserwacjaPo zainicjowaniu, wzmocnieniu i rozprzestrzenianiu się po całym ciele, PTGS zwykle utrzymuje się i nie ustępuje z upływem czasu. Ta konserwacja PTGS pozostaje jednym z najbardziej złożonych aspektów do zbadania.
Jednak podczas aktywacji PTGS może wystąpić zjawisko amplifikacji małych interferujących nici RNA (pRNAi) . Rzeczywiście, polimeraza RNA , RdR6 , jest zdolna do syntetyzowania dsRNA z początkowych kliwatów, które następnie działają jak prawdziwy PCR. Zjawisko to mogłoby wtedy trwać dalej.
Ponadto integracja części genomu wirusa z genomem rośliny w przypadku infekcji może działać jako pamięć immunologiczna, stanowiąc o odporności nabytej rośliny. Dzięki temu będzie w stanie lepiej bronić się przed przyszłą infekcją.
PTGS ma dwie szczególne funkcje: endogenną i egzogeniczną .
OchronaPTGS można uznać za aktora prawdziwego układu odpornościowego organizmu, szczególnie w przypadku roślin. Jest to rzeczywiście główny mechanizm obronny rośliny podczas infekcji wirusem. Możemy mówić o odporności nabytej przez pamięć zachowaną przez komórkę zakażoną.
RozwójUstalono również, że PTGS odgrywa istotną rolę w rozwoju organizmu. Kilka eksperymentów hamujących PTGS u zdrowych roślin wykazało aberracje rozwojowe, a dokładniej wyraźną karłowatość rośliny w porównaniu z jej odpowiednikami. W roślinach istnieją geny regulatorowe, które wytwarzają miRNA: są to antysensowne RNA, które łącząc się z mRNA tworzą cząsteczkę dsRNA. Może to następnie ulec degradacji zgodnie z mechanizmami opisanymi powyżej. Geny te pozwalają na regulację wzrostu rośliny, a tym samym uczestniczą w jej prawidłowym rozwoju.
Istnieje wiele białek wirusowych zdolnych do zmiany prawidłowego funkcjonowania PTGS na różnych jego etapach. Jednym z kluczowych białek w zrozumieniu delecji jest HC-Pro ( proteinaza składnika pomocniczego ), wyrażana przez potywirusy. HC-Pro zmienia metabolizm siRNA, a tym samym zakłóca działanie podjednostki AGO kompleksu RISC. Nie jest już w stanie wiązać się z siRNA, a tym samym pozwala na utrzymanie tego zjawiska.
To samo białko również interferuje z endogennym szlakiem PTGS: może to również wpływać na miRNA, budulce cząsteczki dsRNA z mRNA docelowego genu. Ponadto białko to może mieć wpływ na niektóre szlaki hormonalne (takie jak etylen), które jest odpowiedzialne za niektóre objawy fenotypowe występujące u zakażonych roślin.