Det sentrale dogmet innen molekylærbiologi antyder at DNA inneholder informasjonen for å kode for alle proteinene våre, og tre forskjellige typer RNA oversetter denne koden til polypeptider ganske passivt. Spesielt messenger RNA (mRNA) bærer proteinplanen fra cellens DNA til ribosomer, som er "maskinene" som kontrollerer proteinsyntesen. RNA (tRNA) overfører deretter de passende aminosyrene til ribosomet for inkorporering i et nytt protein. I mellomtiden består selve ribosomene hovedsakelig av ribosomale RNA (rRNA)-molekyler.
I det halve århundre siden DNA-strukturen først ble utviklet, har forskere lært at RNA spiller en mye større rolle enn bare å delta i proteinsyntese. For eksempel har mange typer RNA vist seg å være katalytiske, noe som betyr at de utfører biokjemiske reaksjoner på samme måte som enzymer gjør. I tillegg har mange andre RNA-arter vist seg å spille komplekse regulatoriske roller iceller.
Dermed spiller RNA-molekyler en rekke roller i både normale cellulære prosesser og sykdomstilstander. Vanligvis kalles de RNA-molekylene som ikke tar form av mRNA ikke-kodende fordi de ikke koder for proteiner. Deltakelse av ikke-kodende mRNA i mange regulatoriske prosesser. Deres utbredelse og variasjon av funksjoner førte til hypotesen om at "RNA-verdenen" kunne gå forut for utviklingen av DNA- og RNA-funksjoner i cellen, deltakelse i proteinbiosyntese.
Ikke-kodende RNA-er i eukaryoter
Det finnes flere varianter av ikke-kodende RNA i eukaryoter. Mest bemerkelsesverdig overfører de RNA (tRNA) og ribosom alt RNA (rRNA). Som nevnt tidligere spiller både tRNA og rRNA en viktig rolle i oversettelsen av mRNA til proteiner. For eksempel antydet Francis Crick eksistensen av adapter-RNA-molekyler som kunne binde seg til mRNA-nukleotidkoden, og dermed lette overføringen av aminosyrer til voksende polypeptidkjeder.
Arbeidet til Hoagland et al. (1958) bekreftet faktisk at en viss del av cellulært RNA var kovalent knyttet til aminosyrer. Senere har det faktum at rRNA viste seg å være en strukturell komponent av ribosomer antydet at, i likhet med tRNA, koder ikke rRNA.
I tillegg til rRNA og tRNA finnes det en rekke andre ikke-kodende RNA i eukaryote celler. Disse molekylene hjelper til med mange av de viktige energilagrende funksjonene til RNA i cellen, som fortsatt er oppregnet og definert. Disse RNA-ene blir ofte referert til som små regulatoriske RNA-er (sRNA).hos eukaryoter er de videre klassifisert i en rekke underkategorier. Sammen utøver regulatoriske RNA-er sin effekt gjennom en kombinasjon av komplementær baseparing, kompleksdannelse med proteiner og deres egen enzymatiske aktivitet.
Små kjernefysisk RNA
En viktig underkategori av små regulatoriske RNA-er består av molekyler kjent som små nukleære RNA-er (snRNA). Disse molekylene spiller en viktig rolle i reguleringen av gener gjennom RNA-spleising. SnRNA finnes i kjernen og er vanligvis tett assosiert med proteiner i komplekser som kalles snRNPs (små nukleære ribonukleoproteiner, noen ganger referert til som "snurps"). De vanligste av disse molekylene er U1-, U2-, U5- og U4/U6-partiklene, som er involvert i pre-mRNA-spleising for å danne modent mRNA.
MicroRNA
Et annet tema av stor interesse for forskere er mikroRNA (miRNA), som er små regulatoriske RNAer med en lengde på omtrent 22 til 26 nukleotider. Eksistensen av miRNA og deres kontraktile funksjoner RNA i cellen i genregulering ble opprinnelig oppdaget i nematoden C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Siden oppdagelsen av miRNA-er har de blitt identifisert i mange andre arter, inkludert fluer, mus og mennesker. Så langt er flere hundre miRNA-er identifisert. Det kan være mange flere (He & Hannon, 2004).
MiRNA-er har vist seg å hemme genuttrykk ved å undertrykke translasjon. For eksempel, miRNA kodet av C. elegans, lin-4 og let-7,binder seg til den 3'-utranslaterte regionen av deres mRNA-mål, og forhindrer dannelsen av funksjonelle proteiner på visse stadier av larveutviklingen. Så langt ser det ut til at de fleste studerte miRNA-er kontrollerer genuttrykk ved å binde seg til mål-mRNA-er gjennom ufullkommen baseparing og påfølgende hemming av translasjon, selv om noen unntak har blitt notert.
Ytterligere forskning viser at miRNA også spiller en viktig rolle i kreft og andre sykdommer. For eksempel er miR-155-arten anriket på B-celler avledet fra Burkitts lymfom, og dens sekvens korrelerer også med en kjent kromosomal translokasjon (utveksling av DNA mellom kromosomer).
Liten forstyrrende RNA
Små interfererende RNA (siRNA) er en annen klasse av RNA. Selv om disse molekylene bare er 21 til 25 basepar lange, jobber de også for å dempe genuttrykk. Spesielt kan én tråd av et dobbelttrådet siRNA-molekyl inkluderes i et kompleks k alt RISC. Dette RNA-holdige komplekset kan deretter hemme transkripsjonen av et mRNA-molekyl som har en komplementær sekvens til RNA-komponenten.
MiRNA-er ble først identifisert ved deres involvering i RNA-interferens (RNAi). De kan ha utviklet seg som en forsvarsmekanisme mot dobbelttrådet RNA-virus. SiRNA er avledet fra lengre transkripsjoner i en prosess som ligner på den der miRNA oppstår og prosessering av begge typer RNA involverer det samme enzymetDicer. De to klassene ser ut til å være forskjellige i deres undertrykkelsesmekanismer, men det er funnet unntak der siRNA-er viser atferd mer typisk for miRNA-er og omvendt (He & Hannon, 2004).
Small Nucleolar RNA
I den eukaryote kjernen er kjernen strukturen der rRNA-prosessering og ribosomsammensetning finner sted. Molekyler k alt små nukleolære RNA-er (snoRNA-er) har blitt isolert fra nukleolære ekstrakter på grunn av deres overflod i denne strukturen. Disse molekylene fungerer for å behandle rRNA-molekyler, noe som ofte resulterer i metylering og pseudouridylering av spesifikke nukleosider. Modifikasjoner formidles av en av to klasser av snoRNA: C/D-boks- eller H/ACA-boks-familier, som typisk involverer tilsetning av metylgrupper eller uradin-isomerisering i henholdsvis umodne rRNA-molekyler.
Ikke-kodende RNA-er i prokaryoter
Eukaryoter har imidlertid ikke drevet markedet til ikke-kodende RNA-er med spesifikke regulatoriske energifunksjoner til RNA-er i cellen. Bakterier har også en klasse med små regulatoriske RNA-er. Bakterielle rRNA-er er involvert i prosesser som strekker seg fra virulens til overgangen fra vekst til stasjonær fase som oppstår når en bakterie står overfor en situasjon med næringsmangel.
Et eksempel på bakteriell rRNA er 6S RNA funnet i Escherichia coli. Dette molekylet har blitt godt karakterisert, med dens første sekvensering som skjedde i 1980. 6S RNAer bevart på tvers av mange bakteriearter, noe som indikerer en viktig rolle i genregulering.
RNA har vist seg å påvirke aktiviteten til RNA-polymerase (RNAP), molekylet som transkriberer messenger-RNA fra DNA. 6S RNA hemmer denne aktiviteten ved å binde seg til en polymerase-underenhet som stimulerer transkripsjon under vekst. Gjennom denne mekanismen hemmer 6S RNA ekspresjonen av gener som stimulerer aktiv vekst og hjelper cellene inn i den stasjonære fasen (Jabri, 2005).
Riboswitches
Genregulering - i både prokaryoter og eukaryoter - påvirkes av RNA-regulatoriske elementer k alt riboswitcher (eller RNA-svitsjer). Riboswitcher er RNA-sensorer som oppdager og reagerer på miljø- eller metabolske signaler og dermed påvirker genuttrykk.
Et enkelt eksempel på denne gruppen er temperatursensor-RNA som finnes i virulensgenene til bakteriepatogenet Listeria monocytogenes. Når denne bakterien kommer inn i verten, smelter den forhøyede temperaturen inne i vertens kropp den sekundære strukturen til segmentet i den 5' utranslaterte regionen av mRNA produsert av det bakterielle prfA-genet. Som et resultat skjer endringer i den sekundære strukturen.
Ytterligere riboswitcher har vist seg å reagere på varme- og kuldesjokk i en rekke organismer og regulerer også syntesen av metabolitter som sukker og aminosyrer. Selv om riboswitcher ser ut til å være mer vanlig hos prokaryoter, har mange også blitt funnet i eukaryote celler.
