การกระตุ้น RNA (RNAa)เป็นปรากฏการณ์การควบคุมยีนที่นำโดย RNA ขนาดเล็กและ ขึ้นอยู่กับ Argonaute (Ago) ซึ่ง RNA สายคู่สั้น (dsRNA) ที่กำหนดเป้าหมายไปยังโปรโมเตอร์จะเหนี่ยวนำให้เกิดการแสดงออกของยีนเป้าหมายในระดับการถอดรหัส/เอพิเจเนติกส์ RNAa ได้รับการรายงานครั้งแรกในบทความ PNAS ปี 2006 โดย Li et al . ^{[ 1 ]}ซึ่งเป็นผู้บัญญัติศัพท์ "RNAa" ^{[ 1 ]}เพื่อเปรียบเทียบกับRNA interference ( RNAi )เพื่ออธิบายปรากฏการณ์การกระตุ้นยีนดังกล่าว dsRNA ที่กระตุ้น RNAa เรียกว่าRNA กระตุ้นขนาดเล็ก (saRNA) [ ^{2 ] แตก} ต่างจาก RNAi ซึ่ง RNA ขนาดเล็กมักนำไปสู่การปิดการทำงานของยีน RNAa แสดงให้เห็นว่า RNA ขนาดเล็กยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการแสดงออกของยีนได้อีกด้วย

RNAa ได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 2549 โดย Long-Cheng Li และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก (UCSF) ^{[ 1 ]}พวกเขาแสดงให้เห็นว่า dsRNA สังเคราะห์ที่เรียกว่า saRNA สามารถกำหนดเป้าหมายโปรโมเตอร์ของยีนและกระตุ้นการควบคุมการแสดงออกของยีนอย่างมีประสิทธิภาพและต่อเนื่องในเซลล์มนุษย์ การค้นพบนี้ท้าทายมุมมองที่มีอยู่เดิมเกี่ยวกับ RNA ขนาดเล็กที่เป็นเพียงตัวควบคุมการแสดงออกของยีนในเชิงลบเท่านั้น กลุ่มของ Li ได้บัญญัติศัพท์ " RNA กระตุ้นขนาดเล็ก " (saRNA) เพื่อแยกแยะ RNA เหล่านี้ออกจาก RNA ที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการแสดงออกของยีน^{[ 1 ]}

ไม่นานหลังจากนั้น ในปี 2550 Janowski และคณะได้ยืนยัน RNAa อย่างอิสระ โดยแสดงให้เห็นว่า dsRNA สามารถกระตุ้นการแสดงออกของยีนตัวรับโปรเจสเตอโรน ได้ ^{[ 3 ]}การวิจัยต่อมาเปิดเผยว่า miRNA ภายในร่างกาย ซึ่งโดยทั่วไปรู้จักกันในด้านการยับยั้งยีน ยังสามารถกระตุ้นการแสดงออกของยีนผ่านกระบวนการที่เรียกว่า miRNA-mediated RNAa (mi-RNAa) ได้อีกด้วย^{[ 4 ​​] [ 5 ]}นับตั้งแต่การค้นพบ RNAa ครั้งแรกในเซลล์มนุษย์ กลุ่มอื่นๆ อีกมากมายได้ทำการสังเกตที่คล้ายกันในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดต่างๆ รวมถึงมนุษย์ ลิงที่ไม่ใช่มนุษย์ หนู และหนูทดลอง^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}พืช^{[ 9 ]}และ C. elegans ^{[ 10 ] [ 11 ]}

กลไกโมเลกุลของ RNAa ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ คล้ายกับ RNAi มีการแสดงให้เห็นว่า RNAa ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต้องการสมาชิกของกลุ่ม Ago ของ โปรตีน Argonauteโดยเฉพาะ Ago2 ^{[ 1 ] [ 12 ] [ 13 ]}แต่มีจลนศาสตร์ที่แตกต่างจาก RNAi ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการเริ่มต้นที่ล่าช้าและกิจกรรมที่คงอยู่ตลอดการแบ่งเซลล์หลายครั้ง^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}ในทางตรงกันข้ามกับ RNAi saRNA ที่กำหนดเป้าหมายไปยังโปรโมเตอร์จะกระตุ้นการทำงานของการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์เป็นเวลานาน^{[ 1 ] [ 3 ] [ 16 ]}

กลไกของ RNAa ที่เกิดจาก saRNA นั้นมีศูนย์กลางอยู่ที่คอมเพล็กซ์การกระตุ้นการถอดรหัสที่เกิดจาก RNA (RITA) ^{[ 17 ]}คอมเพล็กซ์นี้ประกอบด้วย:

• Argonaute 2 (AGO2): AGO2 จับกับสายนำของ saRNA และอำนวยความสะดวกในการกำหนดเป้าหมายไปยังโปรโมเตอร์ยีน AGO2 เป็นโปรตีน Argonaute หลักที่เกี่ยวข้องกับ RNAa ที่เกิดจาก saRNA ^{[ 17 ] [ 12 ]}
• RNA Helicase A (RHA):เชื่อกันว่า RHA คลายเกลียว DNA ทำให้ saRNA สามารถจับกับลำดับเป้าหมายได้^{[ 17 ]}
• CTR9 (ส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ PAF1): CTR9 ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของคอมเพล็กซ์ PAF1 (PAF1C) จะถูกดึงดูดไปยังโปรโมเตอร์^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} PAF1C มีบทบาทสำคัญในการควบคุมกิจกรรมของ RNA Polymerase II (RNAP II) ^{[ 21 ] [ 22 ]}

การประกอบคอมเพล็กซ์ RITA ที่โปรโมเตอร์ยีนเป้าหมายนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในกลไกการถอดรหัส ส่งเสริมการเปลี่ยนจาก RNAP II ที่หยุดชั่วคราวไปเป็น RNAP II ที่กำลังยืดออก สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบการฟอสโฟรีเลชันที่ไซต์เริ่มต้นการถอดรหัส (TSS): การลดลงของ RNAP II ที่ถูกฟอสโฟรีเลชันที่ Ser5 (หยุดชั่วคราว) และการเพิ่มขึ้นของ RNAP II ที่ถูกฟอสโฟรีเลชันที่ Ser2 (กำลังยืดออก) ^{[ 17 ]}การโมโนยูบิควิตินของฮิสโตน H2B ยังเป็นเหตุการณ์เอพิเจเนติกส์ในช่วงต้นที่เกี่ยวข้องกับ RNAa ซึ่งส่งเสริมการดัดแปลงฮิสโตนเพิ่มเติมที่ช่วยเพิ่มการถอดรหัสที่ใช้งานอยู่^{[ 17 ]}

ไมโครอาร์เอ็นเอ (miRNA) ที่เกิดขึ้นเองภายในร่างกาย ซึ่งโดยทั่วไปรู้จักกันในบทบาทของการยับยั้งการแสดงออกของยีนหลังการถอดรหัส ยังสามารถกระตุ้นการแสดงออกของยีนได้อีกด้วย กลไกของ miRNA มีความหลากหลาย และมีการเสนอแบบจำลองหลายแบบ:

• การปลดปล่อย RNAP II ที่หยุดชั่วคราว:ตัวอย่างเช่น miR-34a ได้รับการแสดงให้เห็นว่าจับกับRNA ที่ไม่เข้ารหัสแบบยาว (lncRNA) ที่ถอดรหัสจาก โปรโมเตอร์ ZMYND10ปฏิสัมพันธ์นี้จะดึงดูดคอมเพล็กซ์การยับยั้งที่เกิดจาก RNA (RISC) ซึ่งจากนั้นจะสร้างคอมเพล็กซ์กับ DDX21 และ CDK9 (ส่วนประกอบของปัจจัยการยืดตัวของการถอดรหัสเชิงบวก b, P-TEFb) คอมเพล็กซ์นี้อำนวยความสะดวกในการปลดปล่อย RNAP II ที่หยุดชั่วคราวที่โปรโมเตอร์ ทำให้เกิดการถอดรหัสที่ใช้งานได้^{[ 23 ]}
• การกำหนดเป้าหมายกล่อง TATA:พบว่า miRNA บางชนิด รวมถึง miRNA ที่เข้ารหัสโดยไวรัส HIV-1 และ miRNA ภายในของมนุษย์ สามารถกำหนดเป้าหมายไปยังโมทีฟกล่อง TATA ในโปรโมเตอร์ยีนโดยตรง เพื่ออำนวยความสะดวกในการประกอบคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้น (PICs) และการเริ่มต้นการถอดรหัส^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}
• การกำหนดเป้าหมายของ RNA ทรานสคริปต์: miRNA บางชนิดสามารถจับกับ RNA ทรานสคริปต์ที่ทับซ้อนกับโปรโมเตอร์ได้^{[ 27 ]}

• การก่อตัวของ DNA ไตรเพล็กซ์: miRNA สามารถจับกับ DNA สองสาย (dsDNA) ได้โดยตรงที่ลำดับที่มีพิวรีนสูง ทำให้เกิดโครงสร้างเกลียวสามชั้นที่ควบคุมการแสดงออกของยีน ปฏิสัมพันธ์นี้ ซึ่งระบุผ่านวิธีการทางชีวฟิสิกส์และอัลกอริทึมการคำนวณ Trident ชี้ให้เห็นถึงกลไกใหม่ของการกระตุ้นยีนโดย miRNA ^{[ 28 ]}โปรตีน Argonaute อาจช่วยทำให้ไตรเพล็กซ์ miRNA-DNA เหล่านี้มีเสถียรภาพ^{[ 29 ]}

แง่มุมที่สำคัญอย่างหนึ่งของ RNAa คือการนำ saRNA และ miRNA เข้าสู่ภายในนิวเคลียส แม้ว่ากลไกที่แท้จริงยังอยู่ระหว่างการศึกษา แต่ก็มีหลายเส้นทางที่เกี่ยวข้อง:

• Importin-8: Importin-8 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการนำ miRNA ที่เจริญเต็มที่เข้าสู่นิวเคลียส^{[ 30 ]}
• การขนส่งที่ขึ้นอยู่กับ AGO2: AGO2 เองอาจมีบทบาทในการกำหนดตำแหน่งของ saRNA ในนิวเคลียส^{[ 17 ]}

มีการตรวจพบ RNAa ในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการและความสำคัญทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน มีการบันทึกไว้ใน:

• สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: RNAa ได้รับการพิสูจน์แล้วในเซลล์ของมนุษย์ ลิงที่ไม่ใช่มนุษย์ หนู และหนูแรต^{[ 7 ] [ 14 ]}
• C. elegans : ในC. elegansโปรตีน Argonaute CSR-1 พร้อมกับโคแฟคเตอร์ 22G-RNA จำเป็นสำหรับการแยกโครโมโซมและต่อต้านการปิดการทำงานของเอพิเจเนติกส์เพื่อส่งเสริมการแสดงออกของยีน^{[ 10 ] [ 31 ] [ 32 ]}
• พืช: ในพืช เมทิลเลชัน DNA ที่ควบคุมโดย RNA (RdDM) สามารถกระตุ้นการทำงานของการถอดรหัส ทำให้เกิดเอพิแอลลีลที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้^{[ 9 ]}
• แมลง: RNAa ได้รับการพิสูจน์แล้วในแมลง ซึ่งสามารถใช้เพื่อกระตุ้นยีนทั้งภายในและภายนอกได้^{[ 33 ]}
• เห็บ: RNAa ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าควบคุมยีนเอนโดไคติเนสในเห็บ^{[ 34 ]}

RNAa ถูกใช้เป็นเครื่องมือที่สะดวกโดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนในการศึกษาการทำงานของยีนแทนการแสดงออกของยีนโดยใช้เวกเตอร์^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

RNAa มีศักยภาพในการรักษาที่น่าสนใจเนื่องจากความสามารถในการเพิ่มการแสดงออกของยีน ซึ่งเป็นแนวทางที่แตกต่างในการรักษาโรคที่เกิดจากการแสดงออกของยีนต่ำหรือการกลายพันธุ์ที่ทำให้สูญเสียการทำงาน saRNA สำหรับยีนจำนวนมากได้รับการทดสอบในแบบจำลองโรคของเซลล์และสัตว์ต่างๆ เพื่อหาประสิทธิภาพในการรักษา^{[ 38 ]}

• มะเร็ง: saRNA ถูกนำมาใช้เพื่อกระตุ้นยีนยับยั้งเนื้องอก ยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง และลดการเติบโตของเนื้องอกในแบบจำลองสัตว์^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}
• ความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม : saRNA ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มการแสดงออกของ SIRT1 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการย้อนกลับกลุ่มอาการเมตาบอลิก^{[ 45 ]}และโรคอ้วน^{[ 46 ]}
• ความผิดปกติของระบบหัวใจและหลอดเลือด : saRNA ที่กำหนดเป้าหมายยีน VEGFA ในรูปแบบ shRNA ได้รับการทดสอบเพื่อการรักษาโรคหลอดเลือดแดงส่วนปลายและกล้ามเนื้อหัวใจตาย^{[ 6 ] [ 47 ]}และภาวะหย่อนสมรรถภาพทางเพศ (ED) ^{[ 48 ]}การกระตุ้น βII spectrin โดย saRNA ช่วยบรรเทาภาวะการทำงานของกล้ามเนื้อหัวใจผิดปกติที่เกิดจากภาวะขาดเลือด/การไหลเวียนเลือดกลับคืน (I/R) ^{[ 49 ]}
• ความผิดปกติทางพันธุกรรมและระบบประสาทกล้ามเนื้อ : การประยุกต์ใช้ RNAa ได้รับการตรวจสอบสำหรับโรคกล้ามเนื้อเสื่อมชนิดที่ 1 (DM1) ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดทางระบบประสาทกล้ามเนื้อแบบเด่น พยาธิสภาพหลักของ DM1 เกี่ยวข้องกับการทำงานที่เป็นพิษจากการขยายตัวของ CUG ซ้ำในยีน DMPK ซึ่งกักเก็บโปรตีน Muscleblind-like (MBNL) ส่งผลให้เกิดการขาด MBNL1 ที่ทำงานได้และโรค spliceopathy ที่เกิดขึ้น^{[ 50 ]}ในการศึกษาหนึ่ง saRNA ถูกออกแบบมาเพื่อกำหนดเป้าหมายโปรโมเตอร์ของยีน MBNL1 พบว่า saRNA ช่วยเพิ่มการถอดรหัสและระดับโปรตีนของ MBNL1 (ประมาณ 1.5–3 เท่า) ในแบบจำลองเซลล์ต่างๆ รวมถึงเซลล์ที่ได้จากผู้ป่วย DM1 ที่สำคัญ การเพิ่มขึ้นของ MBNL1 ภายในร่างกายนี้เพียงพอที่จะแก้ไขหรือบรรเทาข้อบกพร่องทางโมเลกุลที่สำคัญได้อย่างมีนัยสำคัญ เช่น การตัดต่อผิดพลาดของตัวรับอินซูลิน (INSR) ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหลักสำหรับ DM1 การศึกษานี้ได้ให้หลักฐานเชิงแนวคิดก่อนคลินิกที่แข็งแกร่งสำหรับ RNAa ในฐานะกลยุทธ์การรักษาเพื่อแก้ไขสาเหตุหลักของ DM1 และนำเสนอหลักการทางวิศวกรรมที่สำคัญสำหรับการออกแบบ saRNA ในอนาคต^{[ 20 ]}
• โรคความเสื่อมของระบบประสาท : saRNA ที่กำหนดเป้าหมาย ยีน BACE2ถูกนำมาใช้เพื่อลดการผลิต Abeta ^{[ 51 ]}
• การประยุกต์ใช้ในการรักษาอื่นๆ : saRNA ได้รับการทดสอบในแบบจำลองโรคอื่นๆ อีกหลายแบบ รวมถึงภาวะปอดบาดเจ็บเฉียบพลัน (ALI)/ภาวะหายใจล้มเหลวเฉียบพลัน (ARDS) ^{[ 52 ]}และภาวะจอประสาทตาเสื่อมแบบแพร่กระจาย (PVR) ^{[ 53 ]}

ยาบำบัดด้วย saRNA หลายชนิดได้เข้าสู่การทดลองทางคลินิกแล้ว:

• MTL-CEBPA: saRNA นี้กำหนดเป้าหมายไปที่ยีน C/EBPα และกำลังอยู่ระหว่างการประเมินเพื่อใช้ในการรักษาโรคมะเร็งตับขั้นสูง การทดลองทางคลินิกในระยะเริ่มต้นแสดงให้เห็นว่า MTL-CEBPA ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดีและแสดงให้เห็นถึงสัญญาณของกิจกรรมทางคลินิก^{[ 54 ]}

• Li, Long-Cheng (2017). การกระตุ้น RNA . Springer Nature. ISBN 978-981-10-4309-3.
• ตรวจสอบ E (สิงหาคม 2550) "การแทรกแซง RNA: การเปิดสวิตช์" Nature . 448 (7156): 855– 8. Bibcode : 2007Natur.448..855C . doi : 10.1038/448855a . PMID  17713502 .

• วิธีเปิดใช้งานยีนของคุณ