Gene-specific Silencing by Expression of Parallel Complementary RNA in Escherichia coli

Abstract

Gene-specific silencing refers to a phenomenon in which expression of an individual gene can be specifically repressed by different mechanisms on the levels of transcription, RNA splicing, transport, degradation in nuclei or cytoplasm, or blocking of translation. In different species gene-specific silencing was observed by expression or injections of antiparallel double-stranded RNA formed by a fragment of mRNA and antisense RNA. Here we show a potent and specific gene silencing in bacteria by expression of RNA, that is complementary in a parallel orientation to Escherichia coli lon mRNA. Moreover, the expression of parallel RNA is more effective at producing interference than expression of antisense RNA corresponding to the same mRNA region. Both effects of interference mediated either by parallel RNA or antiparallel RNA gradually decrease up to the 40th generation. Together with in vitro nuclease protection studies these results indicate that a parallel RNA duplex might be formed in vivo and both types of duplexes, antiparallel or parallel, can induce gene-specific silencing by similar mechanisms.There has been dramatic recent progress in uncovering the gene-specific silencing in a number of organisms (1-3). Several lines of evidence suggest that dsRNA 1 is the effector molecule responsible for RNA-mediated silencing or co-suppression. dsRNA is formed by mRNA and antisense RNA, that corresponds to the non-coding strand of the same gene. However, in experiments on Caenorhabditis elegans it was demonstrated that injections of gel-purified antisense RNA corresponding to an abundant transcript is less active at producing interference than in vitro annealed dsRNA samples (1). The purification was performed to remove the traces of dsRNA from in vitro synthesized RNA preparations because of the nonspecific activity of RNA polymerases.It was concluded that the observation of co-suppression and RNA interference uncovered the existence of a novel cellular mechanisms for regulation of gene expression (2, 4). The phenomenon has been described in fungi, protozoa, plants, invertebrates, and vertebrates (5-10). This suggests a evolutionary conservation of the physiological mechanisms involved.The mechanisms of RNAi remain largely unknown. It was concluded that RNAi and co-suppression work by an equivalent core mechanism produces decrease or elimination of a target mRNA transcript (2,3,4,6). In experiments on gene silencing ("quelling") in Neurospora crassa it was shown that in the mutant defective in quelling the gene specifying RNA-dependent RNA polymerase was affected (5). The genes involved in RNA degradation also could be connected with RNAi (12). It was considered that RNAi mechanisms might operate at the level of transcription and involve proteins of the polycomb complex (13). But recently it was clearly demonstrated that this transcriptional cosuppression mechanism is distinct from RNAi and involve homology recognition at the DNA level (14). The fact demonstrates that although the phenomenology of gene-specific silenc...

Structural and energetic properties of the four configurations of the А•Т and G•C DNA base pairs

“…Об'єктами дослідження слугували вотсон-криківська A⋅T WC [3], обернена вотсон-криківська A⋅T rWC [4], гугстинівська A⋅T Н [5] та обернена гугстинівська A⋅T rH [6] пари основ ДНК.…”

“…З використанням новітніх методів неемпіричної квантової хімії нами впер-ше було встановлено, що льовдінівська пара G*⋅C* L [1, 2], утворена мутагенними таутомерами, може набувати, як і вотсон-криківська пара основ ДНК A⋅T [3], чоти-рьох біологічно важливих конфігурацій, а саме -вотсон-криківської (WC) [3], оберненої вотсон-криківської (rWC) [4], гугстинівської (H) [5] і оберненої гугстинівської (rH) [6]. Цей факт демонструє доволі неочікувану роль таутомеризації однієї із вотсон-криківських пар основ ДНК, зокрема подвійним перенесен-ням протона: саме таутомеризація G⋅C→G*⋅C* дозволяє подолати стеричні перепони для реалізації вищезгаданих конфігурацій.…”

Under what conditions does G•C watson-crick DNA base pair acquire all four configurations characteristic for A•T watson-crick DNA base pair?

“…Об'єктами дослідження слугували вотсон-криківська пара основ ДНК G⋅C WC [1], льовдінівська пара основ ДНК G*⋅C* L [14,15], утворена мутагенними таутомерами [16], обер-нена льовдінівська G*⋅C* rL [6], гугстинівська КОРОТКі ПОВіДОмлеННя G*⋅C* H [11] та обернена гугстинівська G*⋅C* rH [13] пари основ.…”

“…В ідомо, що вотсон-криківська пара ос-нов аденін⋅тимін (А⋅Т WC) [1], що стабілізується трьома кооперативними [2] міжмолекулярними Н-зв'язками N6H…O4, N3H…N1 i C2H….O2 [3,4], які взаємно по-силюють один одного [5], може набувати ще трьох воднево-зв'язаних конфігурацій, а саме-А⋅Т rWC [6], А⋅Т H [7][8][9][10][11] i А⋅Т rH [12,13]. Усі ці чотири конфігурації пари А⋅Т є біологічно важливими.…”

“…Усі ці чотири конфігурації пари А⋅Т є біологічно важливими. Так, вотсон-криківська схема спа-рювання реалізується в антипаралельних лан-цюгах подвійної правозакрученої спіралі ДНК [1], обернена вотсон-криківська пара основ (A⋅T rWC), утворена обертанням однієї основи навколо іншої на 180°, спостерігається у ДНК з паралельними ланцюгами [6]. Гугстинівська [11] пара основ (A⋅T H) виконує чимало біологічних функцій: її зафіксовано в числен-них молекулярних процесах, які відбуваються в ядрі клітини та асистують експресію генів, реплікацію, рекомбінацію та підтримання дов-жини теломер [7][8][9][10].…”