Transkriptoom — määratlus, koostis ja roll rakkudes

Transkriptoom selgitatud: mis on RNA-kompositsioon, mõõtmised ja roll rakkudes — praktiline juhend määratlusest kuni funktsionaalse mõju mõistmiseni.

Transkriptoom on kõigi RNA-molekulide kogum ühes rakus või rakupopulatsioonis. See termin viitab sellele, milliseid RNA tüüpe ja millistes kogustes antud hetkel rakus leidub. RNA sünteesitakse DNA-st protsessi käigus, mida nimetatakse transkriptsiooniks, ning seetõttu peegeldab transkriptoom genesekspressiooni seisundit antud ajahetkel. Mõnikord kasutatakse sõna "transkriptoom" kitsamalt ka ainult mRNA-de komplekti tähistamiseks, sõltuvalt eksperimendi eesmärgist ja meetodist.

Koostis: millistest RNA-dest transkriptoom koosneb

Transkriptoom hõlmab väga erinevaid RNA-liike, mitte ainult valke kodeerivaid molekule. Peamised komponendid on:

• mRNA (messenger RNA) – kandjad, mis kannavad informatsiooni valgusünteesiks; need on sageli uurijate peamine huvipunkt.
• rRNA (ribosomaalne RNA) – ribosoomide osa, oluline valkude sünteesiks.
• tRNA (transfer RNA) – aminohapete transportimine ribosoomi ajal.
• lncRNA (pikk mittetõlgitav RNA) – regulatoorsed RNA-d, mis ei kodeeri valke, kuid mõjutavad geeni ekspressiooni ja kromatiini struktuuri.
• miRNA, siRNA ja muud väiksed regulatorilised RNA-d – mõjutavad mRNA stabiilsust ja translatsiooni.
• snRNA, snoRNA, circRNA – osalevad RNA töötlemises, modifikatsioonis ja muudes raku protsessides.

Transkriptoomi eripärad ja dünaamilisus

Transkriptoom on ajas ja tingimustest sõltuv: see muutub koes, rakutüübis, arenguetapis, keskkonnatingimustes või haiguse korral. Sama geeni ekspressioon võib eri tingimustes erineda – mõnikord moodustub mitu erineva järjestuse ja funktsiooniga transkripti ühe geeni alt (nt alternatiivne splaissing), mis suurendab transkriptoomi keerukust.

Mõõtmismeetodid ja andmetöötlus

Levinumad meetodid transkriptoomi määramiseks on:

• RNA-sekveneerimine (RNA-seq) – kõrgresolutsiooniline tehnika, mis võimaldab tuvastada nii tuntud kui ka uusi transkripte ja hinnata nende hulka. RNA-seq on asendanud suurel määral varasemaid mikrokiibi lähenemisi.
• molekulaarsed mikrokiibid – sobivad laiemate ekspressiimustrite võrdlemiseks, kuid piiratud uute transkriptide tuvastamisel.
• single-cell RNA-seq (scRNA-seq) – mõõdab transkriptoomi üksikult rakutasandil, paljastades rakkude heterogeensust ja haruldasi rakuolekuid.

Oluline on ka bioloogiline ja arvutuslik töötlus: proovivõtt, RNA puhastamine (nt poly(A)-valik või rRNA depleteerimine), järjestamise sügavus, normaliseerimine (nt TPM/FPKM) ning andmete filtreerimine ja statistiline analüüs. Eksperimentaalsete valikute ja bioinformaatika sammude erinevused mõjutavad tulemuste tõlgendamist.

Roll rakkudes ja rakupopulatsioonides

Transkriptoom annab otsese ülevaate sellest, millised geenid on aktiivsed ja millisel määral. Selle peamised rakendused on:

• geeniekspressiooni võrdlus erinevate kudede, rakkude või tingimuste vahel;
• rakutüüpide ja -seisundite identifitseerimine (eriti scRNA-seq abil);
• molekulaarsete signaaliradade ja regulatsioonivõrkude uurimine;
• biomarkerite leidmine haiguste diagnoosiks ja prognoosiks;
• vastus uurimiseks ravimitele ja keskkonnastimulitele.

Kuigi transkriptoom peegeldab valkude võimalikku sünteesi, ei ole see alati otseselt võrreldav proteoomiga (valkude kogum), sest translatsioon ja valkude degradeerumine lisavad täiendavaid reguleerimiskihte. See erineb ka eksoomist, mis viitab tavaliselt ainult neile geenidele või järjestustele, mis kodeerivad valke (eksonid), või genoomi DNA sisule.

Rakendused ning piirangud

Transkriptoomia on võimas tööriist biomeditsiinis, arengubioloogias, onkoloogias ja paljudes teistes valdkondades. Sellega saab kaardistada haigusega seotud ekspressioonimuutusi, avastada uusi molekulaarseid sihtmärke ja mõista raku vastuseid ravile.

Siiski tuleb arvestada piirangutega: RNA on suhteliselt ebastabiilne, proovide käitlemine mõjutab tulemusi, rRNA-d võivad domineerida proovis ja varjutada haruldasi transkripte ning tehnilised ja statistilised eelarvamused (batch-efektid, järjestamise sügavus) võivad kujundada tulemust. Lisaks ei anna transkriptoom alati täielikku pilti raku funktsioonist ilma teiste andmetüüpide (nt proteoomi, metaboloomi) kaasamiseta.

Kokkuvõtlikult: transkriptoom kirjeldab kõiki RNA-molekule antud rakus või rakupopulatsioonis ning nende hulka. See on dünaamiline ja mitmekesine süsteem, mille uurimine aitab mõista geeni regulatsiooni, raku olekut ning haigusprotsesse, kuid tulemuste tõlgendamisel tuleb arvestada nii tehniliste kui bioloogiliste nüanssidega.

Otsing