Riboswitch [1] ( eng. riboswitch ) on mRNA :n 5'-translatoimattoman alueen (5'-UTR) elementti . Se suorittaa mRNA:n cis -säätelyn, jossa se sijaitsee, sitoutumalla ligandeihin - lukuisiin pieniin molekyyleihin , esimerkiksi kobaamidiin , tiamiinipyrofosfaattiin , lysiiniin , glysiiniin , flaviinimononukleotidiin , guaniiniin , adeniiniin ja muihin. Tyypillinen riboswitch sisältää kaksi päädomeenia : aptameerisen domeenin, joka tunnistaa ligandin ja sitoutuu siihen, ja ekspressioalustan , joka on vuorovaikutuksessa transkriptio- tai translaatioproteiinien kanssa. Aptameeridomeeni ja ekspressioalusta menevät päällekkäin ns. vaihtosekvenssin alueella, joka on vastuussa RNA:n laskostamisesta kahdeksi toisensa poissulkevaksi sekundaarirakenteeksi , minkä ansiosta säätely tapahtuu.
Riboswitchit on tunnistettu kaikkien kolmen elämänalueen edustajista sekä joistakin viruksista [2] [3] .
Monet bakteerit voivat joko kuljettaa tarvittavia pieniä molekyylejä ympäristöstä tai syntetisoida niitä itse yksinkertaisista esiasteista. Jokainen näistä prosesseista vaatii erilaisia proteiineja , ja bakteerit käyttävät usein takaisinkytkentämekanismia kontrolloidakseen aiempien entsymaattisten vaiheiden tuotteita: ylimäärä haluttua tuotetta joko estää sen omaa synteesiä tai aktivoi myöhempiä entsymaattisia vaiheita. Yleensä solujen aineenvaihduntatuotteiden tasoa valvovat erityiset proteiinit, jotka ovat vuorovaikutuksessa DNA :n tai RNA :n kanssa ja säätelevät vastaavien entsyymien synteesiä. Tästä syystä, kun havaittiin B1- , B2- ja B12 - vitamiinien biosynteesin geenien suppressio sellaisilla yhdisteillä kuin vastaavasti tiamiini , riboflaviini ja kobalamiini , pääasialliset ponnistelut kohdistuivat sopivien repressoriproteiinien etsimiseen. seurata näiden yhdisteiden tasoa. Tällaisia hypoteettisia modulaattoreita ei kuitenkaan ole löydetty. Nämä tulokset kiinnittivät huomiota konservoituneiden mRNA-sekvenssien ("laatikoiden") mahdolliseen säätelyrooliin ja esittivät rohkean ehdotuksen, että on mahdollista, että näiden vitamiinijohdannaisten tasoa seurataan suoraan RNA:lla. Lisäksi vuonna 1998 Grundy ja Henkin [4] osoittivat, että Salmonella typhimurium cob mRNA:n johtoalueella on merkittävästi erilaisia konformaatioita adenosyylikobalamiinin (AdoCbl) läsnäollessa ja poissa ollessa . Yritykset testata suoraan kobalamiinin sitoutumista mRNA:han eivät kuitenkaan ole onnistuneet. Samanlaisia tuloksia saatiin Escherichia colin btuB mRNA :lla: AdoCbl:n lisäys sai käänteiskopioijaentsyymin pysähtymään lähelle mRNA:n johtoalueen 3'-päätä in vitro -alukkeen pidentämisen aikana, mikä ilmeisesti viittaa tämän alueen stabiloitumiseen metaboliittiin sitoutuessa. [5] .
Lopuksi kolmen vitamiinijohdannaisen, tiamiinipyrofosfaatin (TPP), flaviinimononukleotidin (FMN) ja AdoCbl : n , on osoitettu olevan suoraan vuorovaikutuksessa vastaavien mRNA:iden kanssa sääteleen B1-, B2- ja B12 - vitamiinioperoneja . Nämä raportit ovat osoittaneet, että metaboliitin sitoutuminen stabiloi evoluutionaalisesti konservoituneen RNA-anturin (luonnollinen aptameeri) konformaatiota ja indusoi ei-konservoituneiden alavirran RNA-alueiden laskostumisen rakenteeseen, joka vaikuttaa transkription lopettamiseen tai translaation aloitukseen . Siten metaboliitin suora sitoutuminen RNA:han aiheuttaa mRNA:n "riboswitchin" vaihtoehtoisten konformaatioiden välillä, mikä vaikuttaa geenin ilmentymiseen [5] . Breaker ja kollegat ehdottivat termiä "riboswitch" vuonna 2002 [ 4 ] .
Ensimmäisten vitamiinispesifisten ribokytkimien löytämisen jälkeen on löydetty monia muita ribokytkimien tyyppejä. Toistaiseksi on osoitettu, että riboswitchit voivat reagoida puriineihin ja niiden johdannaisiin, proteiinien koentsyymeihin ja vastaaviin yhdisteisiin, aminohappoihin ja fosforyloituihin sokereihin . Jotkut ribokytkimet reagoivat spesifisesti epäorgaanisiin ligandeihin, mukaan lukien metallit ( Mg 2+ -ionit ) , joita vetää puoleensa RNA:n negatiivisesti varautunut sokerifosfaattirunko ja negatiivisesti varautuneet fluorianionit [ 5] .
Toiminnallisesti ja rakenteellisesti riboswitchissä voidaan erottaa kaksi domeenia. Ensimmäinen näistä, aptameeridomeeni, vastaa ligandin sitoutumisesta ja muodostaa ligandia sitovan taskun, joka sopii tietylle ligandille. Toinen domeeni, joka tunnetaan nimellä ekspressioalusta, sisältää sekundäärisen rakenteen vaihtoelementin, joka on vuorovaikutuksessa transkription ja translaation säätelyproteiinien kanssa. Aptameeridomeeni ja ilmentämisalusta menevät päällekkäin kytkentäsekvenssin alueella, joka suorittaa säätelytoiminnon. Vaihtosekvenssi ohjaa kahden toisensa poissulkevan ilmentämisalustan rakenteen muutosta, jotka vastaavat mRNA :n "on"- ja "off"-tiloja [2] .
Huolimatta riboswitch-ligandien valtavasta valikoimasta, suurimman osan bakteerien ribokytkinten säätelyaktiivisuudesta on tarkoitus muuttaa tämän metaboliitin kuljettamisesta ja synteesistä vastaavien geenien transkriptiota tai translaatiota. Tämä säätelyaktiivisuus perustuu siihen tosiasiaan, että ligandin läsnäolosta riippuen RNA voi omaksua kaksi toisensa poissulkevaa konformaatiota. Transkription tapauksessa sellaiset rakenteet toimivat Rho -riippumattomina terminaattorina tai anti- terminaattorina . Translaation tapauksessa ligandiriippuvaisiin uudelleenjärjestelyihin kuuluu ribosomin sitoutumiskohtien ( riosomin sitoutumiskohta, RBS ) tai Shine -Dalgarno-sekvenssin ( SD ) pakkaaminen ulos tai sisäänpäin . Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että riboswitchit voivat välittää Rho-riippuvaista transkription päättymistä. Tämä säätelymekanismi näyttää olevan laajalle levinnyt, koska useista ribokytkimistä puuttuu Rho-riippumattomia terminaattoreita tai hiusneuloja, jotka poistavat RBS:n tai SD:n molekyylin sisällä [5] .
Epätavallinen säätelytapa käyttää glmS -ribotsyymiribotsyymiä , joka varmistaa, että mRNA lohkeaa sen jälkeen, kun se on sitoutunut metaboliittiin. Tämä ei-koodaava RNA löytyy yleensä grampositiivisista bakteereista , ja se on vuorovaikutuksessa glukosamiini -6-fosfaatin (GlcN6P) kanssa, joka glmS-mRNA :han sitoutumisen jälkeen leikkaa sen ribosytkimestä. RNaasi J hajottaa sitten katkaisun alkaen 5'-OH-päästä, estäen siten glmS-mRNA :n translaation . Riboswitch -ribotsyymi glmS rikkoo perinteisen käsityksen, jonka mukaan riboswitch tunnistaa vain yhden yhdisteen: tämä riboswitch voi sitoutua useisiin samankaltaisiin yhdisteisiin ja voi siksi arvioida solun yleistä metabolista tilaa [5] [4] .
Jotkut ribokytkimet voivat olla mukana erilaisissa säätelyprosesseissa. Syklinen diguanosyyli-5'-monofosfaatti (c-di-GMP), toinen sanansaattaja , laukaisee useita fysiologisia muutoksia, ja sitä vastaavat ribokytkimet sijaitsevat solujen liikkuvuuteen, virulenssiin ja muihin prosesseihin osallistuvien geenien vieressä. Jotkut c-di-GMP:n kanssa toimivat ribokytkimet sijaitsevat lähellä itseliittyviä ryhmän I introneita . Nämä RNA-säätelijät toimivat monimutkaisen tapahtumasarjan kautta, joka edellyttää RNA:n molempien säätelyalueiden osallistumista. c-di-GMP sitoutuu aptameeriinsä ja indusoi laskostuksen muutoksen, joka sallii GTP :n hyökätä intronin 5'-päähän . Tämän seurauksena introni leikataan pois ja toisistaan kaukana olevat RBS-alueet lähestyvät toisiaan muodostaen translaatiokykyistä mRNA:ta. Tämä kahden RNA-alueen yhdistetty allosteerinen vuorovaikutus johtaa kaksipisteiseen ohjausjärjestelmään, joka tunnistaa sekä c-di-GMP:n että GTP:n pitoisuudet ja laukaisee silmukoinnin. Tämä hypoteesi vaatii kokeellisen vahvistuksen [5] .
Ribokytkimien löytämisen jälkeen ehdotettiin, että nämä tyypilliset cis - säätelyelementit voivat toimia myös transsäätelyelementteinä . Tämä näyttää pitävän paikkansa ainakin S-adenosyylimetioniinin (SAM) ribokytkinten SreA ja SreB Listeria monocytogenes kohdalla . SAM-riippuvaisen transkription lopettamisen jälkeen nämä riboswitchit sitoutuvat komplementaarisesti PrfA-virulenssitekijää koodaavan mRNA:n 5'-transloitumattomaan alueeseen (5'-UTR) ja estävät sen ilmentymisen translaatiotasolla [5] .
Eukaryooteissa transkription ja translaation irrottaminen sekä intronien läsnäolo vaatii erilaisten geeniekspression säätelymekanismien osallistumista. Eukaryoottisen tiamiinipyrofosfaatin (TPP) riboswitchit eivät vaikuta transkriptioon ja/tai translaatioon, vaan vaihtoehtoiseen silmukointiin . "Normaali" silmukointi tapahtuu, kun ribosytkimen sisällä oleva kohta, joka sijaitsee geenienvälisessä kohdassa tai 3'-UTR :ssä, pariutuu komplementaarisesti kohdan kanssa, joka kattaa yhden silmukointikohdista. Tämä tapahtuu TRR:n puuttuessa. Silmukoinnin jälkeen saatu tuote muunnetaan täydelliseksi proteiiniksi. Kun TPP:tä on läsnä solussa kynnyspitoisuutena, se sitoutuu riboswitchiin aiheuttaen tähän asti piilotetun silmukointikohdan nousemisen pintaan ja tulemaan silmukointilaitteiston ulottuville. Lajista riippuen vaihtoehtoisesti silmukoitu mRNA sisältää sisäisiä lopetuskodoneja , jotka joko johtavat väärän peptidin translaatioon (rihmasienet ) tai translaation ennenaikaiseen lopettamiseen ( vihreät levät ). Korkeammissa kasveissa vaihtoehtoinen silmukointi johtaa transkripteihin, joissa on liian pitkät 3'-UTR:t, mikä horjuttaa niitä [5] . Joskus riboswitchit voivat säädellä sekä transkriptiota että translaatiota. SAM-I-riboswitch reagoi rikkipitoisuuden muutoksiin muodostamalla antisense-RNA :ta , mutta säätelyprosessin yksityiskohdat ovat vielä tuntemattomia [4] .
Vaikka hyvin kuvatut eukaryoottiset ribokytkimet viittaavat vain TPP-riippuvaisiin järjestelmiin, äskettäinen tutkimus on osoittanut adenosiinia sitovien RNA-aptameerien läsnäolon selkärankaisten genomeissa . Näiden RNA:iden biologista roolia tutkitaan edelleen. Jotkut eukaryoottiset mRNA:t voivat reagoida ympäristön muutoksiin siirtymällä yhdestä vaihtoehtoisesta konformaatiosta toiseen, kuten riboswitches. Esimerkiksi vasteena y-interferoni- ja hypoksiasta tuleville signaaleille RNA-vaihto tapahtuu verisuonten endoteelikasvutekijän -A (VEGF) 3'-UTR-mRNA : ssa, mikä vaikuttaa VEGF:n translaatioon myeloidisoluissa . Konformaation muutos ei kuitenkaan liity tässä tapauksessa metaboliittiin, vaan proteiiniin sitoutumiseen vasteena ulkoiselle ärsykkeelle [5] .
Riboswitchit eivät aina toimi yksittäisinä säätöyksiköinä. Kaksi sensorista domeenia tai kokonaista ribokytkintä (ns. tandem-ribokytkinten tapauksessa) ovat joskus vierekkäin. Esimerkiksi monet glysiiniriboskytkimet koostuvat kahdesta glysiinisensorista, jotka on erotettu lyhyellä linkkeri-inserteellä ja jotka voivat ottaa hyvin monimutkaisen tertiaarisen rakenteen. Vaikka nämä kaksi sensorista domeenia voivat auttaa toisiaan laskostumisessa ja ligandiin sitoutumisessa, tällaisen duplikaation biologista tarkoitusta ei ole vielä yksiselitteisesti vahvistettu. Eri spesifisyyksien omaavien tandemriboskytkinten biologinen rooli on selvempi. Ne moduloivat geeniekspressiota vain, kun kaikki tarvittavat metaboliitit ovat läsnä solussa. Riboswitchien välittämiä säätelyreittejä voidaan sisällyttää muihin, vieläkin monimutkaisempiin geeniekspression säätelyjärjestelmiin. Esimerkiksi L. monocytogenes SAM riboswitchit toimivat vain lämpötiloissa, jotka sallivat infektion, kun viereinen RNA-lämpömittari muuttaa konformaatiotaan ja sulaa. Toinen esimerkki on Enteroccus faecalis -etanoliamiinin käyttö , jossa AdoCbl-riboswitch toimii yhdessä säätelyproteiinin kanssa, joka vaikuttaa transkription terminaattorien stabiilisuuteen [5] .
Ribokytkimien poikkeuksellinen selektiivisyys johtuu kokonaan niiden anturialueiden konservatiivisuudesta. Ligandin tunnistuskohteet vaihtelevat suuresti sekundaaristen ja tertiääristen rakenteiden koon ja monimutkaisuuden suhteen . Kaikille ribokytkinten pääluokille, samoin kuin joillekin alaluokille, saatiin sensoristen domeenien rakenteita yhdessä vastaavien ligandien kanssa, saatiin korkearesoluutioisia rakenteita. Vaikka ribokytkimillä on hyvin erilaisia konformaatioita (vain läheisesti sukua olevat puriiniribosytkimet osoittavat jonkin verran samankaltaisuutta), useimpien ribokytkinten rakenne sisältää monikierteisiä liitoksia ja ribotsyymin kaltaisia pseudokytkimiä . Tästä syystä useimmat ribokytkimet voidaan jakaa kahteen tyyppiin rakenteesta riippuen: ensimmäiseen tyyppiin kuuluvat ribokytkimet, joiden rakennetta edustavat useiden heliksien kytkennät ("liittävät" ribokytkimet), ja toiseen tyyppiin kuuluvat ribokytkimet, joissa on pseudokytkimet. rakenne [5] .
"Yhdistävät" ribokytkimet voidaan jakaa kahteen alatyyppiin riippuen avainliitoksen sijainnista, jossa P1-säätelyheliksi on mukana. Se kattaa anturialueen ja sisältää pääsääntöisesti alueen, jonka avulla se voi kytkeytyä erilaisiin rakenneelementteihin. Tyypin Ia ribokytkimissä monikierteinen liitos sijaitsee keskeisellä paikalla ja yhdistää loput heliksit P1-kierteeseen, joka pääsääntöisesti osallistuu moniin vuorovaikutuksiin, jotka stabiloivat molekyylin tertiaarista rakennetta. Näin tapahtuu puriini- ja TPP-ribokytkimissä. Yksi helikseistä voi olla paljon pidempi kuin muut ja voi taipua monikierteiseen yhteyteen, jossa se muodostaa tertiäärisiä vuorovaikutuksia; näin on järjestetty lysiinin ribokytkin - yksi suurimmista kuvatuista ribokytkimistä [2] . Metaboliitteja sitovia taskuja muodostuu monikierukkaliitoksen sisään tai sen lähelle, joten ligandiin sitoutuva RNA vaikuttaa suoraan koko monikierukkaliitoksen ja P1-kierteen stabiilisuuteen [5] .
Toisen tyypin (Ib) ribokytkimille on tunnusomaista yhteyksien "käänteinen" arkkitehtuuri, jossa monikierteinen avainyhteys on sijoitettu molekyylin kehälle ja sijaitsee kaukana P1-kierteestä. Liitoksesta lähtevä heliksi taipuu kohti P1:tä ja stabiloi sitä pitkän kantaman tertiääristen vuorovaikutusten kautta. Metaboliitit sitoutuvat RNA:han liitoskohdassa ja/tai lähellä P1:tä vaikuttaen sen muodostumiseen yleisen konformaation ja tertiääristen vuorovaikutusten stabiloinnilla. Tyypillisiä luokan Ib edustajia ovat tetrahydrofolaatti (THF) ja magnesiumriboswitchit [5] .
Alatyyppi II sisältää sellaiset ribokytkimet kuin SAM-II- ja fluoridiribosytkimet, joiden rakenteita edustavat kokonaan pienet pseudokytkimet. On syytä korostaa, että pseudokytkimet ovat tärkeitä osia joissakin "liittävissä" ribokytkimissä, ne voivat olla mukana aineenvaihduntatuotteita sitovien taskujen muodostumisessa, kuten glmS- riboswitch -ribotsyymin tapauksessa , sekä pitkän kantaman tertiääristen kytkimien muodostumisessa. sidoksia, kuten SAM-I riboswitchissä [5] .
On selvää, että riboswitchin ja ligandin rakenne eivät liity toisiinsa. Lisäksi kolmessa SAM:n tunnistavassa ribokytkinluokassa on erilaisia yhdistäviä rakenneosia ja pseudosolmuja. Spiraalien ja pseudokytkimien lisäksi rakenteellisia elementtejä, joita usein löytyy ribokytkimistä, ovat K-käännökset ( kink turn, K turn ), suudelma-silmukkavuorovaikutukset, sarkiini-risiini-silmukat ja T-silmukat [2] . Tämä osoittaa RNA:n hämmästyttävän kyvyn omaksua erilaisia konfiguraatioita saman ligandin tunnistamiseksi. On syytä huomata, että monet ribokytkimet sisältävät toistuvia rakenteellisia motiiveja , joita esiintyy muissa luonnollisissa ja keinotekoisissa RNA:issa. Kuten muutkin toiminnalliset RNA:t, riboswitchit käyttävät näitä motiiveja perusrakennuspalikoina monimutkaisten tilarakenteiden rakentamiseen [5] .
Riboswitchit pystyvät tunnistamaan monenlaisia kemiallisia ligandeja, eikä niillä ole mitään yhteistä ominaisuutta, joka sallisi niiden sitoutumisen metaboliitteihin. Ligandien sitoutumisessa riboswitcheillä on kuitenkin useita yhteisiä piirteitä. Useimmat ribokytkimet muodostavat jäykkiä sitovia taskuja, jotka sopivat ihanteellisesti tunnistettavien ligandirakenteiden osien sitomiseen, ja pienet ligandit sopivat kokonaan tällaisiin taskuihin. Ligandin sitoutuminen aiheuttaa rakenteellisia muutoksia ribokytkimissä [2] . Taskuja ympäröivät yleensä konservoituneet nukleotidit ja ei-kanoniset emäsparit, jotka on järjestetty laajennettuun epäsäännölliseen kierteeseen tai lähentyviin kierteisiin. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta useimmat ligandit käyttävät heteroatomeja muodostamaan spesifisiä vetysidoksia ja sähköstaattisia vuorovaikutuksia RNA:n kanssa. Usein spesifisiä vetysidoksia muodostuu ligandien päiden ja konservoituneiden yhteensopimattomien RNA-nukleotidien väliin (esim. G40 aminopuriinisensorissa). Tasomaiset ligandien ryhmät osallistuvat pääsääntöisesti pinoamisvuorovaikutuksiin ja ovat kerrostettuina RNA-puriinien välissä. Metalli-ionit, kuten Mg2 + ja K + , voivat kompensoida ligandin tai sen funktionaalisten ryhmien, kuten fluoridi- , karboksyyli- ja fosfaattitähteiden , negatiivista varausta . Metalli-ionit ovat myös mukana ligandi-RNA-vuorovaikutuksissa suoran tai vesivälitteisen koordinaation kautta. Kaikki nämä ominaisuudet on osoitettu ribokytkinkomplekseilla ja niiden oikeilla ligandeilla käyttämällä röntgendiffraktioanalyysiä ribosytkimistä, jotka eivät liity ligandeihin, samoin kuin ribosytkimillä, jotka liittyvät oikeisiin ligandeihin tai ligandeihin, jotka ovat hyvin samanlaisia kuin oikeita ligandeja. Nämä tutkimukset päättelivät, että riboswitchit sitoutuvat oikeisiin ligandeihinsa käyttämällä "konformationaalisen valinnan" ja indusoitujen muotomekanismien yhdistelmää. Riboswitchit erottavat samankaltaiset yhteydet pääasiassa tilallisten epäjohdonmukaisuuksien sekä spesifisten vuorovaikutusten muodostumisen vuoksi. Useimmat ribokytkimet ovat erittäin spesifisiä. Esimerkiksi ero puriiniribosytkimen sitoutumisessa adeniiniin ja guaniiniin on 10 000-kertainen, ja lysiinin ribokytkin tunnistaa lysiinin ja ornitiinin , jotka ovat rakenteeltaan hyvin samankaltaisia , 5000-kertaisella erolla [2] . Mielenkiintoista on, että saman luokan ribokytkimet voidaan kohdistaa tunnistamaan saman metaboliitin eri pitoisuudet. Ne voivat myös erota termodynaamisista ja kineettisistä parametreista, toisin sanoen ne voivat erota RNA:n ja luonnollisen ligandin välisen tasapainon läsnäolosta [5] .
Ribokytkimien alkuperä ja kehitys on yksi kiehtovimmista ongelmista RNA:n tutkimuksessa. In vitro -kokeet ovat osoittaneet, että RNA voi sopeutua ligandin sitoutumiseen suhteellisen helposti, joten kestää suhteellisen vähän aikaa, ennen kuin luonnollinen valinta muuttaa RNA-sekvenssit metaboliittia sitoviksi domeeneiksi. Harvemmat ribokytkimet ovat saattaneet ilmaantua myöhään evoluution aikana. Useat näistä tapahtumista voivat aiheuttaa itsenäisiä ribokytkinluokkia, jotka ovat spesifisiä samalle yhteydelle, kuten SAM. Samaan aikaan TPP-ribokytkimien läsnäolo kaikilla kolmella elämänalueella todistaa tämän tyyppisten ribokytkinten muinaisesta alkuperästä ja niiden kestävyydestä evoluutiopaineelle. RNA-maailman hypoteesin mukaan RNA toimi jossain vaiheessa sekä geneettisen tiedon kantajana että kemiallisten reaktioiden katalysaattorina . GlmS-riboswitch-ribotsyymin katalyyttinen kyky sekä riboswitchien kyky olla vuorovaikutuksessa "vanhojen" koentsyymien, kuten FMN:n, TPP:n ja SAM:n kanssa, jotka olivat luultavasti yleisiä varhaisemmissa biokemiallisissa reaktioissa, viittaavat siihen, että riboswitchien kaltaiset molekyylit olivat työkaluja. jotka varmistavat RNA:n ensisijaisen maailman olemassaolon ja kehityksen. On todennäköistä, että riboswitchit olivat RNA-maailman säätelyelementtejä. Riboswitchit ovat säilyneet tähän päivään asti, ehkä siksi, että ne ovat luoneet aineenvaihdunnan säätelyn markkinaraon, joka sopii paremmin RNA:lle kuin proteiineille. Samanaikaisesti säätely ribokytkinten avulla on energiaa kuluttavampaa, koska sen toteuttaminen vaatii säädellyn geenin mRNA:n synteesiä. Samaan aikaan säätely ribokytkinten avulla vaatii vähemmän välivaiheita kuin säätely erikoisproteiinien avulla [5] [2] .
Ribokytkimien toimintaperiaatteiden pohjalta kehitetään uusia, keinotekoisia geneettisiä kytkimiä. Esimerkiksi aptameeriä on mahdollista muokata ja saada uusi ohjauselementti, joka tunnistaa tutkijan tarvitsemat aineet. Keinotekoinen riboswitch on kehitetty, joka ei vain tunnista tarpeellista elementtiä, vaan myös leikkaa itsensä, eli sillä on ribotsyymiaktiivisuutta. Tämä rakennelma nimettiin "aptazimiksi", sitä voidaan käyttää lääketieteessä viruksen mRNA:n leikkaamiseen solussa ja vastaavasti virusgeenien ilmentymisen tukahduttamiseen [6] . Riboswitcheillä voi olla käyttöä myös geeniterapiassa [7] . Lisäksi riboswitchit voivat olla erittäin hyödyllisiä esimerkiksi bakteeribiologian tutkimuksessa työkaluna keinotekoisten geeniekspressiomekanismien luomiseen [8] [9] . Toinen suunta keinotekoisten ribotsyymien kehityksessä on sellaisten biosensorien luominen, jotka vasteena ligandeihin sitoutumiseen lähettävät jonkin havaittavissa olevan tuloksen, esimerkiksi sähkökemiallisen signaalin tai fluoresenssin [4] [10] . Fluoresoivia ribokytkimiä on kehitetty, joiden avulla on mahdollista visualisoida muutoksia metaboliittipitoisuuksissa bakteerisoluissa [11] .
Vuonna 2016 raportoitiin "lämpökytkimien" luomisesta - lämpötilaherkkien RNA-lämpömittarien ja riboswitch-aptameerien integroimisesta yhdeksi rakenteeksi. Lämpökytkimet toimivat alhaisissa lämpötiloissa ribokytkiminä ja reagoivat sitoutumiseen ligandinsa kanssa muuttamalla rakennetta, ja korkeissa lämpötiloissa ne menevät pysyvästi "päällä"-tilaan. Tällaisia keinotekoisia RNA-säätelyaineita voidaan käyttää laajasti geeniekspression säätelyyn [4] .
Riboswitcheja pidetään lupaavana kohteena uusien antibioottien kehittämisessä . Esimerkiksi aine roseoflaviini sitoutuu suoraan FMN-riboswitch-aptameeriin ja tukahduttaa vastaavan geenin ilmentymisen Bacillus subtiliksessa . Samoin aminoetyylikysteiini estää joidenkin grampositiivisten bakteerien kasvua sitoutumalla lysiinin riboswitchiin. Kuitenkin edellä olevien yhdisteiden antimikrobinen aktiivisuus vähenee olemattomaksi vastaavien ribokytkinten mutaatioiden vuoksi [4] . On olemassa ribokytkimiä, jotka tarjoavat antibioottiresistenssin . Siten aminoglykosidiriboswitch sijaitsee aminoglykosidi-asetyylitransferaasi- ja aminoglykosidinukleotidyylitransferaasi-entsyymien mRNA:ssa, jotka entsyymit tarjoavat resistenssin aminoglykosidiantibiooteille. Kun riboswitch sitoutuu aminoglykosidiin, se käynnistää näiden entsyymien transkription ja tarjoaa resistenssin aminoglykosidiantibiooteille [12] .
| RNA:n tyypit | |
|---|---|
| Proteiinin biosynteesi | |
| RNA:n käsittely |
|
| Geeniekspression säätely |
|
| cis-säätelyelementtejä | |
| Parasiittiset elementit | |
| Muut |
|