Ústřední dogma molekulární biologie naznačuje, že DNA obsahuje informace pro kódování všech našich proteinů a tři různé typy RNA převádějí tento kód na polypeptidy spíše pasivně. Konkrétně messenger RNA (mRNA) přenáší proteinový plán z DNA buňky do jejích ribozomů, což jsou „stroje“, které řídí syntézu proteinů. RNA (tRNA) pak přenese vhodné aminokyseliny do ribozomu pro začlenění do nového proteinu. Mezitím samotné ribozomy jsou tvořeny především molekulami ribozomální RNA (rRNA).
Avšak za půl století, kdy byla poprvé vyvinuta struktura DNA, vědci zjistili, že RNA hraje mnohem větší roli než jen účast na syntéze proteinů. Bylo například zjištěno, že mnoho typů RNA je katalytických, což znamená, že provádějí biochemické reakce stejným způsobem jako enzymy. Kromě toho bylo zjištěno, že mnoho dalších druhů RNA hraje složité regulační role vbuňky.
Molekuly RNA tedy hrají četné role jak v normálních buněčných procesech, tak v chorobných stavech. Obvykle ty molekuly RNA, které nemají formu mRNA, se nazývají nekódující, protože nekódují proteiny. Účast nekódujících mRNA v mnoha regulačních procesech. Jejich prevalence a rozmanitost funkcí vedly k hypotéze, že „svět RNA“by mohl předcházet evoluci funkcí DNA a RNA v buňce, účasti na biosyntéze proteinů.
Nekódující RNA v eukaryotech
V eukaryotech existuje několik druhů nekódující RNA. Především přenášejí RNA (tRNA) a ribozomální RNA (rRNA). Jak již bylo zmíněno dříve, tRNA i rRNA hrají důležitou roli při translaci mRNA do proteinů. Francis Crick například navrhl existenci adaptorových molekul RNA, které by se mohly vázat na nukleotidový kód mRNA, a tím usnadnit přenos aminokyselin do rostoucích polypeptidových řetězců.
Práce Hoaglanda a kol. (1958) skutečně potvrdili, že určitá část buněčné RNA byla kovalentně spojena s aminokyselinami. Později skutečnost, že se rRNA ukázala jako strukturální složka ribozomů, naznačovala, že stejně jako tRNA ani rRNA nekóduje.
Kromě rRNA a tRNA existuje v eukaryotických buňkách řada dalších nekódujících RNA. Tyto molekuly pomáhají v mnoha důležitých funkcích uchovávání energie RNA v buňce, které jsou stále vyjmenovány a definovány. Tyto RNA se často označují jako malé regulační RNA (sRNA).u eukaryot byly dále klasifikovány do řady podkategorií. Společně regulační RNA uplatňují své účinky prostřednictvím kombinace komplementárního párování bází, komplexace s proteiny a vlastní enzymatické aktivity.
Malá jaderná RNA
Jedna důležitá podkategorie malých regulačních RNA se skládá z molekul známých jako malé jaderné RNA (snRNA). Tyto molekuly hrají důležitou roli v regulaci genů prostřednictvím sestřihu RNA. SnRNA se nacházejí v jádře a jsou obvykle těsně spojeny s proteiny v komplexech nazývaných snRNP (malé jaderné ribonukleoproteiny, někdy označované jako „snurps“). Nejběžnější z těchto molekul jsou částice U1, U2, U5 a U4/U6, které se účastní sestřihu pre-mRNA za vzniku zralé mRNA.
MicroRNA
Dalším tématem velkého zájmu výzkumníků jsou mikroRNA (miRNA), což jsou malé regulační RNA o délce přibližně 22 až 26 nukleotidů. Existence miRNA a jejich kontraktilní funkce RNA v buňce v genové regulaci byly původně objeveny u háďátka C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od jejich objevu miRNA byly identifikovány u mnoha dalších druhů, včetně much, myší a lidí. Dosud bylo identifikováno několik stovek miRNA. Může jich být mnohem více (He & Hannon, 2004).
Ukázalo se, že miRNA inhibují genovou expresi potlačením translace. Například miRNA kódované C. elegans, lin-4 a let-7,se váží na 3'-nepřekládanou oblast jejich cílů mRNA, čímž brání tvorbě funkčních proteinů v určitých fázích vývoje larev. Dosud se zdá, že většina studovaných miRNA kontroluje genovou expresi vazbou na cílové mRNA prostřednictvím nedokonalého párování bází a následné inhibice translace, ačkoli byly zaznamenány některé výjimky.
Další výzkum ukazuje, že miRNA hrají důležitou roli také při rakovině a dalších onemocněních. Například druh miR-155 je obohacen o B buňky pocházející z Burkittova lymfomu a jeho sekvence také koreluje se známou chromozomální translokací (výměna DNA mezi chromozomy).
Malá interferující RNA
Malá interferující RNA (siRNA) je další třídou RNA. Přestože jsou tyto molekuly dlouhé pouze 21 až 25 párů bází, fungují také na umlčení genové exprese. Konkrétně jeden řetězec dvouřetězcové molekuly siRNA může být zahrnut do komplexu zvaného RISC. Tento komplex obsahující RNA pak může inhibovat transkripci molekuly mRNA, která má komplementární sekvenci ke své RNA složce.
MiRNA byly poprvé identifikovány podle jejich zapojení do RNA interference (RNAi). Mohou se vyvinout jako obranný mechanismus proti virům dvouvláknové RNA. SiRNA jsou odvozeny z delších transkriptů v procesu podobném tomu, při kterém se vyskytují miRNA a zpracování obou typů RNA zahrnuje stejný enzymHráč v kostky. Zdá se, že se tyto dvě třídy liší svými represivními mechanismy, ale byly nalezeny výjimky, ve kterých siRNA vykazují chování typičtější pro miRNA a naopak (He & Hannon, 2004).
Malá nukleární RNA
Uvnitř eukaryotického jádra je nukleolus struktura, ve které probíhá zpracování rRNA a sestavení ribozomů. Molekuly nazývané malé nukleolární RNA (snoRNA) byly izolovány z nukleolárních extraktů kvůli jejich hojnosti v této struktuře. Tyto molekuly fungují při zpracování molekul rRNA, což často vede k methylaci a pseudouridylaci specifických nukleosidů. Modifikace jsou zprostředkovány jednou ze dvou tříd snoRNA: rodinami C/D-box nebo H/ACA-box, které typicky zahrnují přidání methylových skupin nebo izomeraci uradinu v nezralých molekulách rRNA.
Nekódující RNA u prokaryot
Eukaryota však nevyhnala trh do nekódujících RNA se specifickými regulačními energetickými funkcemi RNA v buňce. Bakterie mají také třídu malých regulačních RNA. Bakteriální rRNA se podílejí na procesech od virulence po přechod z růstové do stacionární fáze, ke kterému dochází, když je bakterie konfrontována se situací nedostatku živin.
Jedním příkladem bakteriální rRNA je 6S RNA nalezená v Escherichia coli. Tato molekula byla dobře charakterizována, s jejím počátečním sekvenováním v roce 1980. 6S RNAje konzervován u mnoha bakteriálních druhů, což ukazuje na důležitou roli v genové regulaci.
Bylo prokázáno, že RNA ovlivňuje aktivitu RNA polymerázy (RNAP), molekuly, která přepisuje messenger RNA z DNA. 6S RNA inhibuje tuto aktivitu vazbou na polymerázovou podjednotku, která stimuluje transkripci během růstu. Prostřednictvím tohoto mechanismu 6S RNA inhibuje expresi genů, které stimulují aktivní růst a pomáhá buňkám vstoupit do stacionární fáze (Jabri, 2005).
Riboswitches
Genová regulace – u prokaryot i eukaryot – je ovlivňována regulačními prvky RNA zvanými riboswitche (neboli přepínače RNA). Riboswitche jsou RNA senzory, které detekují a reagují na environmentální nebo metabolické signály, a tak ovlivňují genovou expresi.
Jednoduchým příkladem této skupiny je RNA teplotního senzoru nalezená v genech virulence bakteriálního patogenu Listeria monocytogenes. Když tato bakterie vstoupí do hostitele, zvýšená teplota uvnitř těla hostitele roztaví sekundární strukturu segmentu v 5' netranslatované oblasti mRNA produkované bakteriálním genem prfA. V důsledku toho dochází ke změnám v sekundární struktuře.
Bylo prokázáno, že další riboswitche reagují na tepelné a chladové šoky v různých organismech a také regulují syntézu metabolitů, jako jsou cukry a aminokyseliny. Ačkoli se zdá, že riboswitche jsou běžnější u prokaryot, mnoho jich bylo také nalezeno v eukaryotických buňkách.
