Hauptunterschied – miRNA vs siRNA

miRNA und siRNA sind zwei Arten von nicht-kodierender RNA, die an der Genregulation beteiligt sind. Sie dienen auch als neue Klasse von Therapeutika bei der Behandlung von Krebs und Infektionen. Sowohl miRNA als auch siRNA sind kurze Duplex-RNA-Moleküle, die Gen-Silencing-Effekte ausüben, indem sie auf Boten-RNA (mRNA) auf posttranskriptioneller Ebene abzielen. Obwohl ihre Funktion beim Gen-Silencing ähnlich ist, unterscheiden sich Wirkmechanismen und klinische Anwendungen voneinander. Die Hauptunterschied zwischen miRNA und siRNA ist das miRNA kann auf mehrere mRNA-Ziele einwirken, siRNA wirkt jedoch nur auf ein einziges mRNA-Ziel, das für den siRNA-Typ sehr spezifisch ist. Somit unterscheiden sich auch die Therapieansätze von miRNA und siRNA voneinander.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist miRNA – Definition, Merkmale, Funktion 2. Was ist siRNA? – Definition, Merkmale, Funktion 3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen miRNA und siRNA? – Überblick über die gemeinsamen Funktionen 4. Was ist der Unterschied zwischen miRNA und siRNA? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: AGO2, Dicer, Gene Silencing, MicroRNA (miRNA), pri-miRNA, RISC, RNA-Interferenz (RNAi), Small Interfering RNA (siRNA)

Was ist miRNA

Die microRNA (miRNA) ist ein kurzes, einzelsträngiges RNA-Molekül, das aus 19-25 Nukleotiden besteht. Die erste miRNA wurde 1993 in C. Elegans entdeckt. miRNA ist eine Klasse kleiner interferierender RNA, die die Genexpression auf posttranskriptioneller Ebene hemmt. Die Transkription von miRNA-Genen erfolgt durch RNA-Polymerase, um primäre miRNA (pri-miRNA) zu produzieren. Die pri-miRNA ist 5’-gekappt, an seinem 3’-Ende polyadenyliert und bildet eine doppelsträngige Stammschleifenstruktur. Diese pri-miRNA-Moleküle werden von einem Mikroprozessorkomplex gespalten und bilden die Vorläufer-miRNA (pre-miRNA). Die Duplexmoleküle der Prä-miRNA umfassen 70-100 Nukleotide. Das Exportin-5-Protein transportiert die prä-miRNA-Moleküle aus dem Zellkern in das Zytoplasma zur weiteren Verarbeitung zu miRNA durch Dicer-Proteine. Daher ist miRNA ein RNA-Duplex, der aus 18-25 Nukleotiden besteht. Dicer-Proteine ​​sind eine spezialisierte Art von RNase III-ähnlichen Enzymen.

Abbildung 1: Bildung und Funktion von miRNA

Die Assoziation von miRNA mit dem RNA-induzierten Silencing Complex (RISC)-Protein bildet einen Komplex namens miRISC. Der Sense-Strang der miRNA wird am miRISC-Komplex freigesetzt. Dann werden mRNAs mit den komplementären Sequenzen zum Antisense-RNA-Strang im miRISC-Komplex durch teilweise komplementäre Basenpaarung selektiert. Diese Bindung des miRISC-Komplexes mit der Ziel-mRNA kann die Translation unterdrücken, das mRNA-Molekül abbauen oder das mRNA-Molekül spalten.

Was ist siRNA

Die kleine störende RNA (siRNA) ist die andere Art von kurzer Duplex-RNA, die die Genexpression durch Spaltung der mRNA zum Schweigen bringt. Die siRNA wurde auch erstmals in C. Elegans in einem als RNA-Interferenz (RNAi) bezeichneten Prozess der effektiven Genhemmung durch exogene RNA entdeckt. Doppelsträngige RNA-Moleküle (dsRNA) können innerhalb der Zelle durch Transkription zellulärer Gene, Infektion von Krankheitserregern oder künstliche Einführung erzeugt werden. Diese dsRNA wird von Dicer-Proteinen in kleine dsRNAs gespalten, die als siRNA bekannt sind. Diese siRNAs sind 21-23 Nukleotide lang mit zwei Nukleotidüberhängen am 3’-Ende. Die siRNA im Zytoplasma ist mit RISC-Proteinen assoziiert und der Sense-Strang des siRNA-Moleküls wird durch eine Endonuklease namens Argonaute 2 (AGO2)-Komponente des RISC gespalten. Das entsprechende mRNA-Molekül wird vom Antisense-RNA-Strang der siRNA erkannt, der noch an das RISC-Protein gebunden ist. Die Spaltung des Ziel-mRNA-Moleküls erfolgt durch die AGO2-Komponente.

Abbildung 2: Gen-Silencing durch siRNA

Da siRNA nur auf ein bestimmtes mRNA-Molekül abzielen kann, kann durch die siRNA eine gezielte Stilllegung der Genexpression erreicht werden. Da siRNA bei Säugetieren natürlicherweise nicht vorkommt, kann sie außerdem als spezifisches therapeutisches Mittel verwendet werden.

Ähnlichkeiten zwischen miRNA und siRNA

Unterschied zwischen miRNA und siRNA

Definition

miRNA: Die miRNA ist ein kurzes RNA-Segment, das die Genexpression unterdrückt, indem es an die komplementären Segmente der Messenger-RNA bindet.

siRNA: Die siRNA ist ein kurzes RNA-Segment, das im RNA-Interferenzweg (RNAi) arbeitet.

Auftreten

miRNA: Die miRNA kommt in Tieren und Pflanzen vor.

siRNA: Die siRNA kommt in niederen Tieren und Pflanzen vor, jedoch nicht in Säugetieren.

Struktur

miRNA: miRNA ist ein 18-25 Nukleotide langes einzelsträngiges Molekül mit zwei überhängenden Nukleotiden am 3’-Ende.

siRNA: siRNA ist ein 21-23 Nukleotide langes Duplex-Molekül mit zwei Nukleotiden Überhang am 3’-Ende.

Vor der Dicer-Verarbeitung

miRNA: Vor der Dicer-Prozessierung liegt miRNA in ihrer Vorläufer-miRNA-Form vor, die 70-100 Nukleotide mit verstreuten Fehlpaarungen enthält. Die prä-miRNA liegt in einer Haarnadelschleife vor.

siRNA: Vor der Dicer-Prozessierung ist siRNA ein doppelsträngiges RNA-Molekül, das 30-100 Nukleotide enthält.

Komplementarität

miRNA: Die miRNA ist teilweise komplementär zur mRNA. Es zielt hauptsächlich auf die untranslatierten Regionen der miRNA ab.

siRNA: Die siRNA ist vollständig komplementär zur Ziel-mRNA.

Anzahl der mRNA-Targets

miRNA: Die miRNA ist in der Lage, über 100 mRNA-Typen gleichzeitig anzugreifen.

siRNA: Die siRNA kann nur auf einen mRNA-Typ abzielen.

Mechanismus der Genregulation

miRNA: Die miRNA unterdrückt die Translation durch Abbau von mRNA. Die endonukleolytische Spaltung tritt in miRNA selten auf, wenn eine hohe Komplementaritätsrate im Ziel gefunden wird.

siRNA: Die siRNA reguliert die Genexpression durch endonukleolytische Spaltung.

Verordnung

miRNA: Die miRNA reguliert die gleichen Gene, von denen die miRNA transkribiert wird, sowie viele andere Gene.

siRNA: Die siRNA reguliert nur die Gene, von denen die siRNA transkribiert wird.

Klinische Anwendungen

miRNA: Die miRNA dient als Wirkstoff-Target, Therapeutikum oder Diagnose- und Biomarker-Tool.

siRNA: Die siRNA dient als Therapeutikum.

Abschluss

Die miRNA und siRNA sind die beiden Arten nicht-kodierender RNA, die an der Regulation der Genexpression beteiligt sind. Sowohl miRNA als auch siRNA sind doppelsträngige RNA-Moleküle. Beide RNA-Typen durchlaufen ähnliche Mechanismen der Gen-Silencing durch einen Prozess, der als RNA-Interferenz bekannt ist. miRNA ist jedoch in der Lage, auf viele RNA-Typen abzuzielen, da die Sequenz der miRNA zu den untranslatierten Regionen einer mRNA komplementär ist. Andererseits ist siRNA in der Lage, nur einen ausgewählten Typ von mRNA anzugreifen. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen miRNA und siRNA in der Spezifität jedes RNA-Typs bei der RNA-Interferenz.

Referenz:

1. „MiRNA (microRNA) Einführung.“ Sigma-Aldrich. N.S., N.D. Netz. Hier verfügbar. 24. Juli 2017. 2. „SiRNA-Anwendungen“. Anwendungen – siRNA | GE Dharmacon. N.S., N.D. Netz. Hier verfügbar. 24. Juli 2017. 3. „SiRNA versus miRNA als Therapeutika für die Gen-Silencing.“ ScienceDirect. N.S., N.D. Netz. Hier verfügbar. 24. Juli 2017.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „MiRNA“ von Kelvinsong – Eigene Arbeit (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia 2. „SiRNA-Mechanismus.2“ Von Singh135 – Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia