Središnja dogma molekularne biologije sugerira da DNK sadrži informacije za kodiranje svih naših proteina, a tri različite vrste RNA prilično pasivno prevode ovaj kod u polipeptide. Konkretno, glasnička RNA (mRNA) prenosi proteinski nacrt od DNK stanice do njezinih ribosoma, koji su "strojevi" koji kontroliraju sintezu proteina. RNA (tRNA) zatim prenosi odgovarajuće aminokiseline u ribosom za ugradnju u novi protein. U međuvremenu, sami ribosomi se prvenstveno sastoje od molekula ribosomske RNA (rRNA).
Međutim, u pola stoljeća otkako je struktura DNK prvi put razvijena, znanstvenici su naučili da RNA igra mnogo veću ulogu od samog sudjelovanja u sintezi proteina. Na primjer, utvrđeno je da su mnoge vrste RNA katalitičke, što znači da provode biokemijske reakcije na isti način na koji to rade enzimi. Osim toga, otkriveno je da mnoge druge vrste RNA igraju složene regulatorne ulogećelije.
Dakle, molekule RNA igraju brojne uloge kako u normalnim staničnim procesima tako iu bolesnim stanjima. Obično se one RNA molekule koje nemaju oblik mRNA nazivaju nekodirajuće jer ne kodiraju proteine. Sudjelovanje nekodirajućih mRNA u mnogim regulatornim procesima. Njihova rasprostranjenost i raznolikost funkcija doveli su do hipoteze da bi "svijet RNA" mogao prethoditi evoluciji DNA i RNA funkcija u stanici, sudjelovanju u biosintezi proteina.
Nekodirajuće RNA u eukariota
Postoji nekoliko varijanti nekodirajuće RNA u eukariota. Najvažnije, oni prenose RNA (tRNA) i ribosomalnu RNA (rRNA). Kao što je ranije spomenuto, i tRNA i rRNA igraju važnu ulogu u prevođenju mRNA u proteine. Na primjer, Francis Crick je sugerirao postojanje adapterskih RNA molekula koje bi se mogle vezati na mRNA nukleotidni kod, olakšavajući tako prijenos aminokiselina u rastuće polipeptidne lance.
Rad Hoaglanda et al. (1958) su doista potvrdili da je određeni dio stanične RNA kovalentno vezan za aminokiseline. Kasnije se pokazalo da je rRNA strukturna komponenta ribosoma sugerirala da, poput tRNA, rRNA također ne kodira.
Osim rRNA i tRNA, postoji niz drugih nekodirajućih RNA u eukariotskim stanicama. Ove molekule pomažu u mnogim važnim funkcijama RNA pohranjivanja energije u stanici, koje su još uvijek nabrojane i definirane. Ove RNA se često nazivaju malim regulatornim RNA (sRNA).kod eukariota, oni su dalje razvrstani u brojne potkategorije. Zajedno, regulatorne RNA ostvaruju svoje učinke kroz kombinaciju komplementarnog uparivanja baza, kompleksiranja s proteinima i vlastite enzimske aktivnosti.
Mala nuklearna RNA
Jedna važna potkategorija malih regulatornih RNA sastoji se od molekula poznatih kao male nuklearne RNA (snRNA). Ove molekule igraju važnu ulogu u regulaciji gena kroz spajanje RNA. SnRNA se nalaze u jezgri i obično su usko povezane s proteinima u kompleksima zvanim snRNP (mali nuklearni ribonukleoproteini, koji se ponekad nazivaju "snurps"). Najčešći od ovih molekula su čestice U1, U2, U5 i U4/U6, koje su uključene u pre-mRNA spajanje u formiranje zrele mRNA.
MicroRNA
Još jedna tema od velikog interesa za istraživače su mikroRNA (miRNA), koje su male regulatorne RNA duljine približno 22 do 26 nukleotida. Postojanje miRNA i njihove kontraktilne funkcije RNK u stanici u regulaciji gena izvorno su otkrivene u nematodi C. elegans (Lee i sur., 1993.; Wightman i sur., 1993.). Otkako su otkrili miRNA, identificirani su u mnogim drugim vrstama, uključujući muhe, miševe i ljude. Do sada je identificirano nekoliko stotina miRNA. Možda ih ima mnogo više (He & Hannon, 2004.).
Pokazalo se da MiRNA inhibiraju ekspresiju gena potiskivanjem translacije. Na primjer, miRNA kodirane C. elegans, lin-4 i let-7,vežu se na 3'-netranslatiranu regiju svojih mRNA ciljeva, sprječavajući stvaranje funkcionalnih proteina u određenim fazama razvoja ličinki. Čini se da većina proučavanih miRNA kontrolira ekspresiju gena tako što se veže na ciljane mRNA kroz nesavršeno uparivanje baza i naknadnu inhibiciju translacije, iako su zabilježene neke iznimke.
Dodatna istraživanja pokazuju da miRNA također igraju važnu ulogu u raku i drugim bolestima. Na primjer, vrsta miR-155 obogaćena je B stanicama dobivenim iz Burkittovog limfoma, a njezin slijed također korelira s poznatom kromosomskom translokacijom (razmjenom DNK između kromosoma).
Mala interferirajuća RNA
Mala interferirajuća RNA (siRNA) je druga klasa RNA. Iako su ove molekule duge samo 21 do 25 parova baza, one također djeluju na utišavanje ekspresije gena. Konkretno, jedan lanac dvolančane siRNA molekule može biti uključen u kompleks koji se naziva RISC. Ovaj kompleks koji sadrži RNA tada može inhibirati transkripciju molekule mRNA koja ima komplementarni slijed svojoj RNA komponenti.
MiRNA su prvi put identificirane po njihovoj uključenosti u RNA interferenciju (RNAi). Možda su se razvili kao obrambeni mehanizam protiv dvolančanih RNA virusa. SiRNA su izvedene iz dužih transkripata u procesu sličnom onom u kojem nastaju miRNA, a obrada obje vrste RNA uključuje isti enzimKockar. Čini se da se ove dvije klase razlikuju po mehanizmima potiskivanja, ali su pronađene iznimke u kojima siRNA pokazuju ponašanja tipičnija za miRNA i obrnuto (He & Hannon, 2004.).
Small Nucleolar RNA
Unutar eukariotske jezgre, nukleolus je struktura u kojoj se odvija procesiranje rRNA i sastavljanje ribosoma. Molekule zvane male nukleolarne RNA (snoRNA) izolirane su iz nukleolnih ekstrakata zbog njihovog obilja u ovoj strukturi. Ove molekule funkcioniraju za obradu rRNA molekula, što često rezultira metilacijom i pseudouridilacijom specifičnih nukleozida. Modifikacije su posredovane jednom od dvije klase snoRNA: obitelji C/D-box ili H/ACA-box, koje obično uključuju dodavanje metilnih skupina ili uradine izomerizaciju u nezrele rRNA molekule, odnosno.
Nekodirajuće RNA u prokariotima
Međutim, eukarioti nisu natjerali tržište na nekodirajuće RNA sa specifičnim regulatornim energetskim funkcijama RNA u stanici. Bakterije također posjeduju klasu malih regulatornih RNA. Bakterijske rRNA uključene su u procese u rasponu od virulencije do prijelaza iz faze rasta u stacionarnu fazu koja se događa kada je bakterija suočena sa situacijom nedostatka hranjivih tvari.
Jedan primjer bakterijske rRNA je 6S RNA pronađena u Escherichia coli. Ova molekula je dobro okarakterizirana, a njeno početno sekvenciranje dogodilo se 1980. godine. 6S RNAje očuvan u mnogim vrstama bakterija, što ukazuje na važnu ulogu u regulaciji gena.
Pokazalo se da RNA utječe na aktivnost RNA polimeraze (RNAP), molekule koja transkribira glasničku RNA iz DNA. 6S RNA inhibira ovu aktivnost vežući se na podjedinicu polimeraze koja stimulira transkripciju tijekom rasta. Kroz ovaj mehanizam, 6S RNA inhibira ekspresiju gena koji stimuliraju aktivni rast i pomaže stanicama da uđu u stacionarnu fazu (Jabri, 2005.).
Riboprekidači
Na regulaciju gena - i kod prokariota i kod eukariota - utječu RNA regulatorni elementi koji se nazivaju ribosključci (ili RNA prekidači). Ribos prekidači su RNA senzori koji otkrivaju i reagiraju na okolišne ili metaboličke signale i tako utječu na ekspresiju gena.
Jednostavan primjer ove grupe je RNA senzora temperature koja se nalazi u genima virulencije bakterijskog patogena Listeria monocytogenes. Kada ova bakterija uđe u domaćina, povišena temperatura unutar tijela domaćina topi sekundarnu strukturu segmenta u 5' neprevedenoj regiji mRNA koju proizvodi bakterijski prfA gen. Kao rezultat toga, dolazi do promjena u sekundarnoj strukturi.
Pokazalo se da dodatni ribos prekidači reagiraju na toplinske i hladne šokove u različitim organizmima te također reguliraju sintezu metabolita kao što su šećeri i aminokiseline. Iako se čini da su riboprekidači češći u prokariota, mnogi su također pronađeni u eukariotskim stanicama.
