تداخل RNA چیست؟ هر آنچه باید بدانید

تداخل RNA (RNAi) که با عنوان «خاموش‌سازی ژن پسارونویسی» (Post-Transcriptional Gene
Silencing – PTGS) نیز شناخته می‌شود، فرآیندی مولکولی است که در آن مولکول‌های RNA، به‌ویژه RNA
دو رشته‌ای (dsRNA)، منجر به خاموشی یا کاهش بیان ژن‌های خاص می‌شوند.

در این فرآیند، بیان ژن‌ها در سطح پس از رونویسی سرکوب می‌شود و در نتیجه، تولید پروتئین‌های مربوطه کاهش می‌یابد یا متوقف می‌گردد.
آثار ناشی از RNAi می‌توانند بسته به ژن هدف و نقش زیستی آن بسیار متنوع باشند. این مقاله به بررسی کامل
پدیده RNAi، انواع آن، مکانیسم عملکرد و کاربردهای درمانی مرتبط با آن می‌پردازد.

تعریف RNA

RNA که مخفف اسید ریبونوکلئیک (Ribonucleic Acid) است، یک مولکول نوکلئیک اسید تک‌رشته‌ای است
که نقشی اساسی در بیان ژن و سنتز پروتئین ایفا می‌کند. ساختار RNA از یک ستون فقرات قندی-فسفاتی تشکیل
شده است که شامل مولکول‌های قند ریبوز و گروه‌های فسفات می‌باشد. به قندهای ریبوز چهار نوع باز نیتروژنی
متصل هستند: آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و یوراسیل (U). در RNA، باز یوراسیل (U) جایگزین تیمین
(T) می‌شود که در DNA وجود دارد.

تداخل RNA چیست؟

خاموش‌سازی ژن می‌تواند از طریق مکانیسم‌های مختلفی از جمله متیلاسیون DNA، تغییرات در هیستون‌ها، و
تداخل RNA (RNAi) صورت گیرد. RNAi یک فرآیند زیستی است که در آن مولکول‌های RNA برای
خاموش‌سازی یا تخریب ژن‌ها به کار می‌روند. این فرآیند به‌طور معمول با مهار بیان ژن در سطح رونویسی
(Transcription) یا ترجمه (Translation) عمل می‌کند. RNAi بیان ژن را از راه‌های مختلفی همچون از جمله
تخریب RNAپیام رسان (mRNA) ، جلوگیری از سنتز پروتئین و تغییر در ساختار کروماتین تنظیم می‌کند.

RNAi به‌عنوان یک مکانیسم خاموش‌سازی ژن در سطح پسارونویسی (Post-transcriptional) نخستین‌بار در
گیاهان در سال ۱۹۹۸ مشاهده شد. از آن زمان، مشخص شده است که این پدیده در طیف وسیعی از فرآیندهای زیستی
در گیاهان و جانوران نقش دارد. RNAi امروزه به‌ عنوان ابزاری قدرتمند در اختیار پژوهشگران برای مطالعه
عملکرد ژن‌ها قرار گرفته است.

مبنای مولکولی RNAi بر تولید siRNA‌ ها ( RNAهای تداخلی کوچک) استوار است siRNAها مولکول‌های
RNA دو رشته‌ای هستند که به توالی‌های مکمل در mRNA هدف متصل شده و موجب خاموشی بیان ژن
می‌شوند. این siRNAها می‌توانند به‌صورت طبیعی در سلول تولید شوند یا به‌طور مصنوعی از طریق
الیگونوکلئوتیدهای سنتزی ساخته شوند.

انواع تداخل RNA

انواع مختلفی از مولکول‌های RNA در فرآیند تداخل RNA (RNAi) نقش دارند و هر یک عملکرد خاصی در
تنظیم بیان ژن ایفا می‌کنند. این مولکول‌های RNA با دخالت در مسیر RNAi، بیان ژن را در سطح پسارونویسی
تنظیم می‌کنند و به عنوان ابزارهای گوناگونی برای مطالعه عملکرد ژن‌ها، مداخلات درمانی و کشف مکانیسم‌های
پیچیده تنظیم ژن مورد توجه هستند.

RNA تداخلی کوچک (siRNA)

siRNA یا RNA تداخلی کوچک، یک مولکول RNA دو رشته‌ای است که معمولاً ۲۰ تا ۲۵ نوکلئوتید طول دارد.
این مولکول می‌تواند به‌صورت مصنوعی سنتز شود یا از طریق برش RNA دو رشته‌ای بلندتر توسط آنزیمی
به‌نام Dicer تولید گردد. siRNA به‌عنوان یک مولکول راهنما عمل می‌کند و با توالی مکمل در مولکول
mRNA هدف جفت می‌شود. این اتصال باعث فعال‌سازی کمپلکس خاموش‌سازی القاشده توسط RNA یا (RNA-
Induced Silencing Complex) RISC می‌شود که mRNA هدف را تخریب کرده و در نتیجه مانع از ترجمه
آن و نهایتاً منجر به خاموشی ژن می‌شود.

میکرو RNA (miRNA)

میکرو RNAها (miRNA) مولکول‌های RNA درون‌زاد و تک‌رشته‌ای هستند که طولی در حدود ۲۱ تا ۲۳
نوکلئوتید دارند. این مولکول‌ها از ژن‌های خاصی رونویسی می‌شوند و توسط آنزیم‌های سلولی پردازش می‌گردند
تا به شکل miRNA بالغ درآیند. miRNA ها نقش بسیار مهمی در تنظیم بیان ژن در سطح پسارونویسی ایفا
می‌کنند. آن‌ها با اتصال به ناحیه‌ی غیرقابل ترجمه انتهای '۳ (3'UTR) در مولکول‌های mRNA هدف باعث مهار
ترجمه یا تجزیه mRNA می‌شوند. یک miRNA می‌تواند بیان چندین ژن مختلف را تنظیم کرده و بر فرآیندهای
متنوعی مانند رشد، تمایز سلولی و مسیرهای بیماری‌زا تأثیر بگذارد.

RNA حلقه‌ای کوتاه (shRNA)

shRNA یا RNA حلقه‌ای کوتاه، یک مولکول RNA مصنوعی است که ساختاری شبیه به حلقه سنجاق‌سری
(hairpin loop) دارد. این مولکول می‌تواند از طریق روش‌های انتقال ژن وارد سلول شود یا از طریق وکتورهای
ژنی درون سلول بیان شود.

پس از ورود به سلول، shRNA توسط ماشین سلولی پردازش شده و به siRNA تبدیل
می‌شود. در مرحله‌ی بعد، siRNA های ایجاد شده،mRNA هدف را شناسایی و تجزیه می‌کنند که در نهایت منجر
به خاموشی ژن می‌شود. shRNA به‌طور گسترده در مطالعات تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌تواند
باعث سرکوب پایدار و بلندمدت ژن‌ها شود.

مقایسه siRNA و miRNA

اگرچه هر دو مولکول siRNA و miRNA در تنظیم بیان ژن در سطح پسارونویسی از طریق مکانیزم تداخل
RNA (RNAi) نقش دارند، اما دارای ویژگی‌ها و عملکردهای متمایزی هستند.

تداخل RNA

RNAi چگونه عمل می‌کند؟

مکانیسم تداخل RNA (RNAi) پیچیده است و هنوز به‌طور کامل شناخته نشده است؛ با این حال، مشخص شده است
که RNAهای کوچک نقش کلیدی در واسطه‌گری این فرآیند ایفا می‌کنند. این RNAهای کوچک با اتصال به
توالی‌های مکمل در mRNA هدف، باعث تجزیه mRNA یا مهار ترجمه آن می‌شوند.
مسیر RNAi با تولید siRNA آغاز می‌شود. این siRNAها سپس درون مجموعه‌ای به‌نام کمپلکس خاموش‌سازی
القاشده توسط RNA یا RISC (RNA-Induced Silencing Complex) بارگذاری می‌شوند. RISC با شناسایی
mRNA مکمل، آن را برش می‌دهد و به این ترتیب منجر به تخریب mRNA یا جلوگیری از سنتز پروتئین
مربوطه می‌گردد.

شکل شماتیک مسیر RNAi

مکانیزم‌های تنظیم ژن مرتبط با RNAi

سه حالت اصلی وجود دارد که از طریق آن‌ها بیان ژن در مراحل مختلف فرآیند بیان ژن تنظیم می‌شود.

تداخل RNA در سطح رونویسی (Transcriptional RNA interference)

تداخل RNA در سطح رونویسی به خاموش‌سازی یا کاهش بیان ژن در مرحله رونویسی اشاره دارد. این فرآیند
شامل مهار آنزیم RNA پلیمراز می‌شود که مسئول رونویسی DNA به RNA است. تداخل RNA در سطح
رونویسی می‌تواند توسط چندین مکانیسم از جمله متیلاسیون DNA، تغییرات هیستونی و بازآرایی کروماتین
صورت گیرد. این تغییرات ساختار DNA و کروماتین را دگرگون می‌کنند و باعث سرکوب رونویسی ژن
می‌شوند. با ممانعت یا کاهش اتصال عوامل رونویسی و RNA پلیمراز به منطقه پروموتر ژن، تداخل RNA در
سطح رونویسی به طور مؤثری تولید مولکول‌های mRNA را کاهش می‌دهد.

تداخل RNA پسارونویسی (Post-transcriptional RNA interference – PTR)

تداخل RNA پسارونویسی پس از سنتز مولکول‌های mRNA از DNA رخ می‌دهد و تنظیم بیان ژن را در سطح
mRNA انجام می‌دهد. این نوع RNAi عمدتاً از طریق تخریب mRNA هدف یا ممانعت از ترجمه‌ی آن به پروتئین
عمل می‌کند.

تداخل RNA پسارونویسی معمولاً توسط مولکول‌های RNA کوچک، از جمله RNAهای تداخلی کوچک (siRNA)
و میکروRNAها (miRNA)، صورت می‌گیرد. این RNAهای کوچک، چه درون‌زاد باشند و چه به‌صورت
مصنوعی وارد سلول شوند، با توالی‌های مکمل موجود در mRNA هدف جفت می‌شوند. این پیوند می‌تواند منجر به
تجزیه‌ی mRNA یا مهار ترجمه‌ی آن شود و در نتیجه، سطح بیان ژن هدف را به‌طور مؤثری کاهش دهد.

تداخل RNA اپی‌ژنتیکی (Epigenetic RNA interference)

تداخل RNA اپی‌ژنتیکی به تنظیم بیان ژن از طریق تغییرات اپی‌ژنتیکی اشاره دارد؛ تغییراتی که بدون ایجاد تغییر
در توالی اصلی DNA، موجب تغییر در فعالیت ژن‌ها شده و قابلیت انتقال به سلول‌های دختر را دارند.
نشانگرهای اپی‌ژنتیکی شامل متیلاسیون DNA، تغییرات هیستونی و RNAهای غیرکدکننده هستند.

RNAهای غیرکدکننده، مانند RNAهای بلند غیرکدکننده (lncRNA)، می‌توانند با کروماتین تعامل برقرار کرده و از
طریق جذب کمپلکس‌های تغییر‌دهنده کروماتین یا با مداخله در ماشین رونویسی، بر بیان ژن اثر بگذارند.
تداخل RNA اپی‌ژنتیکی می‌تواند موجب تغییرات پایدار و قابل‌وراثت در الگوهای بیان ژن شود و در فرآیندهایی
مانند رشد و نمو، تمایز سلولی و پاتوژنز بیماری‌ها نقش حیاتی ایفا کند.

فناوری تداخل RNA (RNAi)

فناوری تداخل RNA (RNAi) یک ابزار ژنتیکی قدرتمند است که امکان خاموش‌سازی انتخابی و اختصاصی بیان
ژن‌ها را فراهم می‌سازد. این فناوری با بهره‌گیری از سازوکار طبیعی تداخل RNA درون سلول، به کمک
مولکول‌های RNA کوچک، بیان ژن‌ها را به‌طور هدفمند تنظیم می‌کند.

در این فناوری، مولکول‌های RNA تداخلی کوچک (siRNA) یا میکروRNA (miRNA)، چه به‌صورت
درون‌زاد تولید شده باشند و چه به‌طور مصنوعی وارد سلول شوند، به mRNAهای هدف متصل شده و موجب مهار
یا تخریب آن‌ها می‌شوند.

فناوری تداخل RNA انقلابی در زیست‌شناسی مولکولی ایجاد کرده و ابزارهایی دقیق و مؤثر برای دستکاری بیان ژن
در اختیار پژوهشگران قرار داده است. این فناوری، روشی اختصاصی و کارآمد برای مطالعه عملکرد ژن‌ها،
شناسایی مکانیسم‌های مولکولی بیماری‌ها، و توسعه درمان‌های هدفمند ارائه می‌دهد.

شرکت پویا ژن آزما با استفاده از تجربه و تخصص در حوزه­ تحقیق و تولید فراورده ­های بیوتکنولوژی موفق به تولید انواع سیستم های تصفیه فاضلاب های صنعتی بر اساس بیوفیلتر شده است که قادر است این فاضلاب ها را تا میزان استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست تصفیه کرده و آب حاصل مجددا مورد استفاده قرار گیرد.