ยีนและการแสดงออกของยีน

ส่วนของ DNA ที่บรรจุข้อมูลทางพันธุกรรม (genetic information) สำหรับการสังเคราะห์ RNA ชนิดใดชนิดหนึ่ง เรียกว่า ยีน (gene) DNA ทั้งหมดในเซลล์เรียกว่า จีโนม (genome) จีโนมของมนุษย์ประกอบด้วยสายของ DNA ที่มีความยาวของนิวคลีโอไทด์ประมาณ 3,000 ล้านคู่เบส (3x109base pairs) ใน haploid cell และมียีนทั้งหมดประมาณ 70,000 ยีน ซึ่งมีขนาดต่างๆ กัน โดยจะกระจายอยู่ประมาณ 10% ในจีโนม สาย DNA ที่รวมอยู่กับโปรตีนจะพันขดกันอยู่ในโครโมโซมของ diploid somatic cells (46 อัน) และของ germ cells (23 อัน) ในการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีลักษณะเหมือนกันที่ เรียกว่า central dogma

ภาพเเสดงการเกิด central drogma

DNA และ RNA เป็นโปลีย์นิวคลีโอไทด์ทั้งคู่ แต่มีหน้าที่และวิธีการสังเคราะห์แตกต่างกัน โดย DNA เปรียบเสมือนเป็นคลังของข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งต้องเก็บรักษาไว้อย่างดี การสังเคราะห์เพื่อส่งไปยังเซลล์ใหม่ต้องถอดแบบออกให้ครบชุด เรียกว่า DNA replication เพื่อให้เซลล์ใหม่นั้นได้รับข้อมูลทางพันธุกรรมครบถ้วนสำหรับการดำรงชีวิต ส่วน RNA นั้นเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมเพียงส่วนหนึ่งของ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนบางอย่างที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตหรือการดำรงชีวิตของเซลล์ในระยะใดระยะหนึ่ง เมื่อหมดหน้าที่แล้ว RNA นั้นๆ ก็จะสลายไป และถ้ามีความจำเป็นก็สังเคราะห์ขึ้นมาใหม่ได้อีก

ขบวนการสังเคราะห์ RNA เรียกว่า transcription RNA ที่จำเป็นในการสังเคราะห์โปรตีนมี 3 ชนิด คือ mRNA, tRNA และ rRNA เมื่อเซลล์สังเคราะห์ RNA แล้ว ก็นำไปสังเคราะห์โปรตีน ขบวนการสังเคราะห์โปรตีน เรียกว่า translation ขบวนการ transcription และ translation เป็นการแสดงออกของยีน เรียกว่า gene expression คือ เป็นการแปลรหัสจากลำดับเบสของยีนบนสาย DNA มาเป็นลำดับเบสของ RNA แล้วนำไปใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน

เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการระงับการเเสดงออกของยีน

Argonaute (Ago) เป็นเอ็นไซม์ที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของ RNA-induced silencing complex (RISC) complex ที่ทำหน้าที่แยก RNA สายคู่เป็นสายเดี่ยว และเป็นส่วนสำคัญในการนำ siRNA เข้าสู่กระบวนการ RNAi จากการศึกษาในแมลงหวี่ (Drosophila spp.) พบว่ามี Ago 5 ชนิด โดย Ago ต่างชนิดกันจะทำหน้าที่แตกต่างกัน แต่ Ago ที่มีความสำคัญคือ Ago1 ทำหน้าที่แยก miRNA สายคู่ให้เป็นสายเดี่ยว และ Ago2 ทำหน้าที่แยก siRNA สายคู่ให้เป็นสายเดี่ยว

โครงสร้าง Ago แบ่งเป็น 2 โดเมน คือ PAZ และ Piwi โดย PAZ domain เป็นส่วนประกอบทั้งใน Ago และ Dicer ( PAZ domain ใน Dicer อาจมีหน้าที่แตกต่างออกไป) โครงสร้างของ PAZ domain ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ บริเวณที่มีลักษณะ oligonucleotide-binding (OB) fold ซึ่งทำหน้าที่ในการจับกับกรดนิวคลีอิก และบริเวณที่มีลักษณะเป็น beta-hairpin ตามด้วย alpha-helix โดย PAZ domain ทำหน้าที่จับกับกรดนิวคลีอิก 2 ตัว ที่ยื่นออกมาจากปลาย 3' ของ siRNA เพื่อช่วยให้ siRNA จับกับ mRNA เป้าหมายได้เสถียรมากขึ้น ส่วน Piwi domain มีคุณสมบัติคล้าย RNase ซึ่งเป็นเอ็นไซม์ที่ตัด RNA จาก DNA-RNA hybrids จึงเข้าใจว่า Piwi อาจทำหน้าที่ในการตัด mRNA ให้กับ RISC (Rand et al, 2005; Sen and Blau, 2005)