Den centrala dogmen inom molekylärbiologi antyder att DNA innehåller informationen för att koda för alla våra proteiner, och tre olika typer av RNA översätter denna kod till polypeptider ganska passivt. Framför allt bär budbärar-RNA (mRNA) proteinritningen från cellens DNA till dess ribosomer, som är "maskinerna" som styr proteinsyntesen. RNA:t (tRNA) överför sedan de lämpliga aminosyrorna till ribosomen för inkorporering i ett nytt protein. Samtidigt består själva ribosomerna huvudsakligen av ribosomala RNA (rRNA)-molekyler.
Men under det halvsekel som gått sedan DNA-strukturen först utvecklades, har forskare lärt sig att RNA spelar en mycket större roll än att bara delta i proteinsyntesen. Till exempel har många typer av RNA visat sig vara katalytiska, vilket innebär att de utför biokemiska reaktioner på samma sätt som enzymer gör. Dessutom har många andra RNA-arter visat sig spela komplexa reglerande roller iceller.
Därmed spelar RNA-molekyler många roller i både normala cellulära processer och sjukdomstillstånd. Vanligtvis kallas de RNA-molekyler som inte tar formen av mRNA för icke-kodande eftersom de inte kodar för proteiner. Deltagande av icke-kodande mRNA i många regulatoriska processer. Deras förekomst och variation av funktioner ledde till hypotesen att "RNA-världen" kunde föregå utvecklingen av DNA- och RNA-funktioner i cellen, deltagande i proteinbiosyntes.
Icke-kodande RNA i eukaryoter
Det finns flera varianter av icke-kodande RNA i eukaryoter. Framför allt överför de RNA (tRNA) och ribosom alt RNA (rRNA). Som nämnts tidigare spelar både tRNA och rRNA en viktig roll i översättningen av mRNA till proteiner. Till exempel föreslog Francis Crick förekomsten av adaptor-RNA-molekyler som kunde binda till mRNA-nukleotidkoden och därigenom underlätta överföringen av aminosyror till växande polypeptidkedjor.
Arbetet av Hoagland et al. (1958) bekräftade verkligen att en viss del av cellulärt RNA var kovalent kopplat till aminosyror. Senare tydde det faktum att rRNA visade sig vara en strukturell komponent i ribosomer att, liksom tRNA, inte heller rRNA kodar.
Förutom rRNA och tRNA finns det ett antal andra icke-kodande RNA i eukaryota celler. Dessa molekyler hjälper till med många av de viktiga energilagrande funktionerna hos RNA i cellen, som fortfarande är uppräknade och definierade. Dessa RNA kallas ofta små regulatoriska RNA (sRNA).i eukaryoter har de ytterligare klassificerats i ett antal underkategorier. Tillsammans utövar regulatoriska RNA sina effekter genom en kombination av komplementär basparning, komplexbildning med proteiner och sin egen enzymatiska aktivitet.
Små kärn-RNA
En viktig underkategori av små regulatoriska RNA består av molekyler som kallas små nukleära RNA (snRNA). Dessa molekyler spelar en viktig roll i regleringen av gener genom RNA-skarvning. SnRNA finns i kärnan och är vanligtvis tätt associerade med proteiner i komplex som kallas snRNPs (små nukleära ribonukleoproteiner, ibland kallade "snurps"). De vanligaste av dessa molekyler är U1-, U2-, U5- och U4/U6-partiklarna, som är involverade i pre-mRNA-skarvning för att bilda moget mRNA.
MicroRNA
Ett annat ämne av stort intresse för forskare är mikroRNA (miRNA), som är små regulatoriska RNA med en längd på cirka 22 till 26 nukleotider. Förekomsten av miRNA och deras kontraktila funktioner RNA i cellen vid genreglering upptäcktes ursprungligen i nematoden C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Sedan deras upptäckt av miRNA har de identifierats i många andra arter, inklusive flugor, möss och människor. Hittills har flera hundra miRNA identifierats. Det kan finnas många fler (He & Hannon, 2004).
MiRNA har visat sig hämma genuttryck genom att undertrycka translation. Till exempel, miRNA kodade av C. elegans, lin-4 och let-7,binder till den 3'-otranslaterade regionen av deras mRNA-mål, vilket förhindrar bildandet av funktionella proteiner vid vissa stadier av larvutvecklingen. Hittills verkar de flesta miRNA som studerats kontrollera genuttryck genom att binda till mål-mRNA genom ofullkomlig basparning och efterföljande hämning av translation, även om vissa undantag har noterats.
Ytterligare forskning visar att miRNA också spelar en viktig roll vid cancer och andra sjukdomar. Till exempel är miR-155-arten berikad på B-celler härledda från Burkitts lymfom, och dess sekvens korrelerar också med en känd kromosomal translokation (utbyte av DNA mellan kromosomer).
Små störande RNA
Små störande RNA (siRNA) är en annan klass av RNA. Även om dessa molekyler bara är 21 till 25 baspar långa, arbetar de också för att tysta genuttryck. I synnerhet kan en sträng av en dubbelsträngad siRNA-molekyl inkluderas i ett komplex som kallas RISC. Detta RNA-innehållande komplex kan sedan hämma transkriptionen av en mRNA-molekyl som har en komplementär sekvens till sin RNA-komponent.
MiRNA identifierades först genom deras inblandning i RNA-interferens (RNAi). De kan ha utvecklats som en försvarsmekanism mot dubbelsträngade RNA-virus. SiRNA härrör från längre transkript i en process som liknar den genom vilken miRNA uppstår och bearbetning av båda typerna av RNA involverar samma enzymDicer. De två klasserna verkar skilja sig åt i sina förtryckningsmekanismer, men undantag har hittats där siRNA uppvisar beteenden som är mer typiska för miRNA och vice versa (He & Hannon, 2004).
Small Nucleolar RNA
Inom den eukaryota kärnan är nukleolen strukturen i vilken rRNA-bearbetning och ribosomal sammansättning äger rum. Molekyler som kallas små nukleolära RNA (snoRNA) har isolerats från nukleolära extrakt på grund av deras överflöd i denna struktur. Dessa molekyler fungerar för att bearbeta rRNA-molekyler, vilket ofta resulterar i metylering och pseudouridylering av specifika nukleosider. Modifieringar förmedlas av en av två klasser av snoRNA: C/D-box- eller H/ACA-box-familjer, som vanligtvis involverar tillägg av metylgrupper eller uradinesomerisering i respektive omogna rRNA-molekyler.
Icke-kodande RNA i prokaryoter
Eukaryoter har dock inte drivit marknaden till icke-kodande RNA med specifika reglerande energifunktioner för RNA i cellen. Bakterier har också en klass av små regulatoriska RNA. Bakteriella rRNA är involverade i processer som sträcker sig från virulens till övergången från tillväxt till stationär fas som inträffar när en bakterie står inför en situation med näringsbrist.
Ett exempel på bakteriellt rRNA är 6S-RNA som finns i Escherichia coli. Denna molekyl har karaktäriserats väl, med dess första sekvensering som inträffade 1980. 6S RNAär bevarad över många bakteriearter, vilket indikerar en viktig roll i genreglering.
RNA har visat sig påverka aktiviteten hos RNA-polymeras (RNAP), molekylen som transkriberar budbärar-RNA från DNA. 6S RNA hämmar denna aktivitet genom att binda till en polymerassubenhet som stimulerar transkription under tillväxt. Genom denna mekanism hämmar 6S RNA uttrycket av gener som stimulerar aktiv tillväxt och hjälper celler att komma in i den stationära fasen (Jabri, 2005).
Riboswitches
Genreglering - i både prokaryoter och eukaryoter - påverkas av RNA-regulatoriska element som kallas riboswitches (eller RNA-switchar). Riboswitchar är RNA-sensorer som upptäcker och svarar på miljö- eller metaboliska signaler och därmed påverkar genuttryck.
Ett enkelt exempel på denna grupp är temperatursensorns RNA som finns i virulensgenerna hos den bakteriella patogenen Listeria monocytogenes. När denna bakterie kommer in i värden, smälter den förhöjda temperaturen inuti värdens kropp den sekundära strukturen av segmentet i den 5' otranslaterade regionen av mRNA som produceras av den bakteriella prfA-genen. Som ett resultat uppstår förändringar i den sekundära strukturen.
Ytterligare riboswitchar har visat sig reagera på värme- och köldchocker i en mängd olika organismer och reglerar även syntesen av metaboliter som sockerarter och aminosyror. Även om riboswitch verkar vara vanligare i prokaryoter, har många också hittats i eukaryota celler.
