bélyegkép|Az RNS-interferencia egyszerűsített folyamata: a sejtbe bejutó kettős szálú RNS-t a dicer enzim rövid szakaszokra vágja, amelyek beépülnek a RISC komplexbe; utóbbi minden hasonló szekvenciájú mRNS-t lebont Az RNS-interferencia, röviden RNSi az eukarióta sejtekben zajló folyamat, amely során rövid, kettős szálú RNS-szakaszok egy nagyobb, RISC nevű fehérjekomplexbe épülnek be és a komplex a későbbiekben minden olyan hírvivő RNS-t (mRNS-t) lebont, amely szekvenciája hasonlít a beépült RNS-hez. Végeredményben az mRNS-t termelő gén hatása gátlódik. A mechanizmust megindító kettős szálú RNS lehet külső eredetű (exogén); ebben az esetben többnyire virális eredetű, és az RNS-interferencia célja a vírusgének hatásának blokkolása, a fertőzés elleni védekezés. Lehet a sejt saját genomja által termelt, belső (endogén) is, ezeket mikroRNS-nek hívják és a folyamat a gének kifejeződésének szabályozását végzi, például az egyedfejlődés során.
Az RNS-interferenciát Andrew Fire és Craig Mello fedezte fel, akiket 2006-ban fiziológiai Nobel-díjjal tüntettek ki.
Az RNS-interferencia révén szelektíven lehet kikapcsolni egyes gének hatását, ezért nagyon fontos kutatási eszközöknek bizonyultak. Történnek kísérletek az orvostudományban és a biotechnológiában történő gyakorlati alkalmazására is.
Felfedezése thumb|250px|right|RNS-interferenciával kikapcsolt gének eredménye petúnián. Balra az eredeti növény. Már az 1980-as években is végeztek olyan kísérleteket, amelyben növényekbe bevitt plazmidokkal termeltettek antiszenz (komplementer) RNS-t, amely egy gén mRNS-éhez kötődve meggátolta annak kifejeződését. Mások arról számoltak be, hogy a szín intenzitásának növelésére bevitt gén a petúniában váratlanul kikapcsolta a színanyagok termelését, és részben vagy teljesen fehér virágokat kaptak. Kiderült, hogy a jelenséget a színanyagot termelő enzim mRNS-ének lebomlása okozta, de ekkor még nem volt ismert, hogy mi indította be a folyamatot.
Más kutatók vírusrezisztens növényeket próbáltak kifejleszteni genetikai módosítással, és megfigyelték, hogy a rövid, fehérjét nem kódoló vírus-RNS-t tartalmazó növények is rezisztensek a fertőzésekkel szemben. Amikor megfordították a helyzetet, és a vírusba ültettek be növényi génekből származó rövid szakaszokat, az ezekkel megfertőzött növényekben az adott gén működése gátlódott. Hasonló jelenségeket figyeltek meg a Caenorhabditis elegans fonálféregben, és ecetmuslicában (Drosophila melanogaster). 1998-ban Craig Mello és Andrew Fire a Nature-ben közölte, hogy kettős szálú RNS-t injekciózva fonálféregbe erős génelnémító hatást tapasztaltak; hasonló effektust sem antiszenz RNS-sel, sem mRNS-sel nem tudtak elérni. Ők nevezték el a jelenséget RNS-interferenciának. Fire és Mello 2006-ban fiziológiai Nobel-díjat kapott a felfedezésért. Az RNS-interferencia mechanizmusa thumb|right|Az egysejtű Giardia intestinalis dicer enzime, amely a kettős szálú RNS vágását végzi. Az RNáz domén zölddel van jelölve.
Az RNS-interferencia olyan, génműködést gátló mechanizmus, amelyet a kettős szálú RNS jelenléte indít be. Az RNS-t a dicer (ejtsd dájszer, jelentése szeletelő, kockára vágó) enzim rövid szakaszokra vágja, amelyek beépülnek az RNS-indukálta némítókomplexbe (angolul RNA-induced silencing complex, RISC). A komplex az RNS nukleotidsorrendje alapján felismeri az azonos mRNS-szekvenciákat, amelyeket a komplex ún. argonauta enzimjei lebontanak. Az indító kettős szálú RNS lehet kívülről jövő (exogén), ami természetes körülmények között szinte mindig vírus genomja; vagy belső (endogén) amelyet a sejt RNS-kódoló génjeinek terméke és másodlagos struktúrájukban hajtűhurkok és kettős szálú szakaszok találhatók.
A kettős szálú RNS feldarabolása Az endogén eredetű kettős szálú RNS közvetlenül aktiválja a dicer enzimet amely hozzáköt és 20-25 nukleotid hosszú, kétszálú darabokra vágja, amelyek a 3' végükön két nukleotidnyit túllógnak. Bioinformatikai vizsgálatok szerint ez az a hossz, amely nem túl hosszú, de kellő biztonsággal képes azonosítani az adott gént. Ezek a darabok az ún. kis interferáló RNS (angol eredetű rövidítéssel siRNS). Az siRNS-t szálait szétválasztják, az egyiket lebontják, míg a másik (az mRNS-sel komplementer, úgynevezett "vezetőszál") beépül a RISC némítókomplexbe. A RISC ennek alapján ismeri fel azokat az mRNS-eket, amelyeket szét kell bontania.
A külső eredetű kettős szálú RNS-eseket egy közvetítő fehérje (RDE-4 C. elegans-ban; R2D2 Drosophilában) köti meg és egyben stimulálja a dicert. Ez a fehérje csak a hosszú kettős szálú szakaszokra reagál, bár egyelőre nem ismert, hogyan képes ezeket felismerni. Emellett arra is képes, hogy elősegítse a keletkező siRNS továbbítását a RISC komplexhez.
Fonálféregben (C. elegans) megfigyelték, hogy a dicer által közvetlenül termelt "első generációs" siRNS-eket a sejt enzimjei (feltehetően az RNS-függő RNS-polimeráz) sok példányban lemásolják, így felerősítik az RNS-interferencia kiindulási lépcsőjét. A "második generáció" szerkezetében kissé különbözik az elsőtől.
MikroRNS thumb|right|Vadkáposzta pre-mikroRNS-ének hajtűszerű másodlagos szerkezete A mikroRNS azoknak a sejtben található RNS-daraboknak az összefoglaló neve, amelyek a sejt saját, fehérjét nem kódoló DNS-szakaszairól íródnak át és a génkifejeződés szabályozásában vesznek részt; elsősorban az egyedfejlődés során. Tágabb értelemben véve az ő hatásuk is hozzátartozik az RNS-interferenciához. Az érett mikroRNS szerkezetileg hasonlít a kettős szálú exogén RNS-ből generált siRNS-hez. Viszonylag hosszú DNS-szakasz kódolja őket; miután átíródtak, a sejtmagban bonyolult, kb. 70 bázisból álló hajtűformációkból álló másodlagos szerkezetet vesznek fel. Ezeket az ún. mikroprocesszor komplex (benne a kettős szálú RNS-t felismerő DGCR8 fehérjével és a Drosha ribonukleázzal) a hajtűk alapján darabokra vágja és a darabok (pre-mikroRNS) kikerülnek a citoplazmába. A citoplazmában a dicer a már ismert módon tovább szeleteli őket és beintegrálódnak a RISC komplexbe; vagyis innentől kezdve a mikroRNS és az siRNS sorsa azonos. A génszabályozásnak ezt a mechanizmusát a vírusok is kihasználják. Először azt Epstein–Barr-vírusban találtak mikroRNS-t kódoló szekvenciát, de később sorra fedeztek fel hasonlókat más fajokban is.
Az siRNS és a mikroRNS között az a különbség, hogy az előbbi pontosan illeszkedik célszekvenciájához és közvetítésével a RISC-rendszer többnyire csak egy adott gént termékeit képes semlegesíteni. A mikroRNS-ek viszont (különösen az állatokban) szélesebb spektrumúak, kapcsolódásuk nem pontos és több, hasonló szekvenciájú mRNS-t is megköthetnek. Muslicában és fonálféregben az siRNS-ek és mikroRNS-ek feldolgozását két párhuzamos, egymástól némileg különböző dicer-argonauta rendszer végzi.
A 3' át nem íródó szakaszok és a mikroRNS-ek A hírvivő RNS (mRNS) végén (az ún. 3' vég) találhatók a 3' át nem íródó szakaszok (3' untranslated region, 3'-UTR) szabályozó szekvenciákat tartalmazhatnak, amelyek az RNS-interferencia révén fejtik ki hatásukat. Ezeken a régiókon mikroRNS-ek vagy regulációs proteinek számára lehetnek kötőhelyek. A bekötődő mikroRNS lebontásra ítélheti az mRNS-t vagy meggátolhatja a fehérjetranszlációt; utóbbit a gátló fehérjék is megakadályozhatják. A 3'-UTR régióban a mikrRNS-ek kötőhelyei a regulációs szekvenciák körülbelül felét teszik ki.
Az eddig ismert mikroRNS-motívumok adatbázisábanmiRBase.org 2014-ben 233 faj 28 645 szekvenciája volt megtalálható, ebből 1881 az emberé. A kísérletek eredményeiből arra következtetnek, hogy egy mikroRNS kisebb-nagyobb mértékben akár négyszáz gén kifejeződését is befolyásolhatja. Feltételezések szerint a humán genom génjeiben több mint 45 ezer mikroRNS kötőhely található és a kódolt fehérjék több mint 60%-a áll valamilyen mértékben mikroRNS-es szabályozás alatt. Kísérletekkel igazolták, hogy egyetlen mikroRNS több száz fehérje kifejeződését befolyásolta, bár ez gyakran egyáltalán nem teljes elnémítás, hanem csak a termelés csökkenése (például a felére).
A génkifejeződés módosításával a mikroRNS-ek jelentős szerepet játszhatnak egyes betegségek, például a rák kialakulásában. Emésztőrendszeri daganatok esetében kimutatták, hogy kilenc mikroRNS csökkentheti a DNS-javító enzimek szintjét.
A RISC működése thumb|350px|right|Az RNS-interferencia két útvonala, balra a külső, jobbra a belső eredetű RNS indukciójával Az RNS-indukálta némítókomplex (RISC) aktív összetevői az argonautáknak nevezett RNS-bontó enzimek. Ezek a fehérjék a komplexben tartott siRNS-sel komplementer, hozzá hidrogénkötésekkel kötött mRNS-t vágják el. Miután a dicer feldarabolta a kettős szálú RNS-t, a RISC szétválasztja a keletkező siRNS szálait (a korábbi feltételezésekkel szemben, ehhez nincs szükség ATP-re) és csak az egyiket, a "vezetőszálat" építi be a komplexbe; a másikat, az "utasszálat" lebontja. Nem tudjuk biztosan, mi szerint választja ki a beépítendő szálat, feltételezések szerint attól függ, melyik szál 5'-végét köti stabilabban az R2D2 protein.
Az sem teljesen világos, hogy a RISC komplex hogyan találja meg a célpont mRNS-eket. Valószínűnek látszik, hogy valahol az mRNS sejtmagból való kiszállítása és a transzláció helyszíne között kell helyet foglalnia, de azt már kimutatták, hogy működéséhez nincs szükség aktív transzlációra. Sőt, az RNS-interferencia hatékonyabbnak tűnik nem transzlálódó mRNS-ek esetében. Az argonauta fehérjék a citoplazma ún. P-testjeiben (más néven citoplazmatikus testek vagy GW-testek) koncentrálódnak, amelyekről tudjuk, hogy az mRNS lebontásának központjai. A P-testek megszüntetése az RNS-interferencia hatékonyságának csökkenésével jár.
Transzkripció előtti génelnémítás Az RNS-interferencia komponensei más módon is szabályozhatják a gének működését, hatással vannak a genom szerveződésére. A hisztonfehérjék módosításával megindíthatják a kompaktan becsomagolt, átíró enzimek számára nem elérhető heterokromatin kialakulását. A folyamatot RNS-indukálta transzkripciónémításnak (RNA-induced transcriptional silencing, RITS) nevezik és többek között argonautaproteinek vesznek részt benne. Az argonautagének kiiktatása Schizosaccharomyces pombe élesztőben a hisztonmetiláció és a centromerkialakulás károsodásával és a sejtosztódás lassulásával vagy megállásával jár.
Még nem tisztázott, hogy a RITS milyen mechanizmussal éri el a heterokromatin kialakulását. A meglévő hetrokromatikus régiókban az argonautákat tartalmazó komplex a beépült siRNS révén a génekhez köt és azonnal lebont minden mRNS-t, amelyet az RNS-polimeráz elkezd szintetizálni. Megfigyelték, hogy az így szétvágott mRNS már mint siRNS beépül a RITS-komplexbe, vagyis a folyamatnak negatív visszacsatolása van. Más kutatók arra hívták fel a figyelmet, hogy a heterokromatinban lévő gének felügyelete emlősökben feltehetően más módszerrel működik és nem az RNS-interferenciát veszi igénybe.
Fajok közti különbség bélyegkép|Az állatok és növények interferenciás útvonalainak különbsége A különböző szervezetekben más lehet az RNS-interferencia aktivitása és felhasználásának módja. Növényekben és fonálférgekben a hatás átterjed más sejtekre és örökíthető is lehet; muslicában vagy emlősállatokban ilyen hatások nem figyelhetőek meg. Feltételezik, hogy a növényi sejtek az őket összekötő plazmodezmákon keresztül cserélgetik siRNS-eiket. Az epigenetikus örökíthetőség abból fakad, hogy az RNS-interferencia által célzott gének promotere metilálódik, ami sejtosztódás után is megmarad. A növények és állatok közötti fő különbség, hogy a növényekben a RISC komplex az endogén eredetű kettős szálú RNS esetében is nagyon pontosan keresi meg a célpontját és csak teljes azonosság esetén bontja le az mRNS-eket. Állatoknál a hasonlóság is elegendő és egy mikroRNS több gén működését is meggátolhatja.