A molekuláris biológia központi dogmája azt sugallja, hogy a DNS tartalmazza az összes fehérjénk kódolásához szükséges információt, és három különböző típusú RNS ezt a kódot meglehetősen passzívan fordítja le polipeptidekké. A hírvivő RNS (mRNS) különösen a sejt DNS-éből a riboszómáiba szállítja a fehérje-tervrajzot, amelyek a fehérjeszintézist irányító „gépek”. Az RNS (tRNS) ezután átviszi a megfelelő aminosavakat a riboszómába, hogy beépüljön egy új fehérjébe. Eközben maguk a riboszómák elsősorban riboszomális RNS (rRNS) molekulákból állnak.
A DNS szerkezetének első kifejlesztése óta eltelt fél évszázadban azonban a tudósok rájöttek, hogy az RNS sokkal nagyobb szerepet játszik, mint a fehérjeszintézisben való részvétel. Például az RNS sok típusát katalitikusnak találták, ami azt jelenti, hogy ugyanúgy hajtanak végre biokémiai reakciókat, mint az enzimek. Ezenkívül számos más RNS-fajról azt találták, hogy összetett szabályozó szerepet tölt becellák.
Így az RNS-molekulák számos szerepet játszanak mind a normál sejtfolyamatokban, mind a betegségekben. Általában azokat az RNS-molekulákat, amelyek nem öltenek mRNS-formát, nem kódolónak nevezik, mivel nem kódolnak fehérjéket. Nem kódoló mRNS-ek részvétele számos szabályozási folyamatban. Elterjedtségük és funkcióik sokfélesége ahhoz a hipotézishez vezetett, hogy az „RNS-világ” megelőzheti a DNS és RNS funkcióinak fejlődését a sejtben, a fehérje bioszintézisben való részvételét.
Nem kódoló RNS-ek eukariótákban
Az eukariótákban számos fajta nem kódoló RNS létezik. Leginkább RNS-t (tRNS) és riboszomális RNS-t (rRNS) visznek át. Ahogy korábban említettük, a tRNS és az rRNS egyaránt fontos szerepet játszik az mRNS fehérjékké történő transzlációjában. Francis Crick például olyan adapter-RNS-molekulák létezését javasolta, amelyek kötődhetnek az mRNS-nukleotid kódhoz, ezáltal megkönnyítve az aminosavak átvitelét a növekvő polipeptidláncokba.
Hoagland et al. (1958) valóban megerősítette, hogy a sejt RNS egy bizonyos része kovalensen kapcsolódik aminosavakhoz. Később az a tény, hogy az rRNS a riboszómák szerkezeti összetevője, arra ut alt, hogy a tRNS-hez hasonlóan az rRNS sem kódol.
Az rRNS-en és a tRNS-en kívül számos más, nem kódoló RNS is található az eukarióta sejtekben. Ezek a molekulák hozzájárulnak az RNS számos fontos energiatároló funkciójához a sejtben, amelyek még mindig felsoroltak és meghatározottak. Ezeket az RNS-eket gyakran kis szabályozó RNS-eknek (sRNS) nevezik.az eukariótákban további alkategóriákba sorolták őket. A szabályozó RNS-ek együttesen a komplementer bázispárosítás, a fehérjékkel való komplexképződés és saját enzimaktivitásuk kombinációján keresztül fejtik ki hatásukat.
Kis nukleáris RNS
A kis szabályozó RNS-ek egyik fontos alkategóriája a kis nukleáris RNS-ek (snRNS) néven ismert molekulákból áll. Ezek a molekulák fontos szerepet játszanak a gének szabályozásában az RNS splicing révén. Az SnRNS-ek a sejtmagban találhatók, és rendszerint szorosan kapcsolódnak a fehérjékhez az snRNP-knek (kis nukleáris ribonukleoproteineknek, néha "snurpoknak" nevezett) komplexekben. Ezek közül a molekulák közül a leggyakoribbak az U1, U2, U5 és U4/U6 részecskék, amelyek részt vesznek a pre-mRNS splicingben, hogy érett mRNS-t képezzenek.
MicroRNA
A kutatók számára egy másik nagy érdeklődésre számot tartó téma a mikroRNS-ek (miRNS-ek), amelyek körülbelül 22-26 nukleotid hosszúságú kis szabályozó RNS-ek. A miRNS-ek létezése és kontraktilis funkcióik Az RNS-eket a sejtben a génszabályozásban eredetileg a C. elegans fonálférgében fedezték fel (Lee et al., 1993; Wightman és mtsai, 1993). A miRNS-ek felfedezése óta számos más fajban azonosították őket, beleértve a legyeket, egereket és embereket. Eddig több száz miRNS-t azonosítottak. Sokkal több is lehet (He & Hannon, 2004).
A MiRNS-ekről kimutatták, hogy a transzláció elnyomásával gátolják a génexpressziót. Például a C. elegans, a lin-4 és a let-7 által kódolt miRNS-ek,kötődnek mRNS-célpontjaik 3'-nem transzlálódó régiójához, megakadályozva a funkcionális fehérjék képződését a lárvafejlődés bizonyos szakaszaiban. Eddig úgy tűnik, hogy a legtöbb vizsgált miRNS szabályozza a génexpressziót azáltal, hogy tökéletlen bázispárosodáson és a transzláció ezt követő gátlásán keresztül kötődik a cél-mRNS-ekhez, bár néhány kivételt megfigyeltek.
További kutatások azt mutatják, hogy a miRNS-ek fontos szerepet játszanak a rákban és más betegségekben is. Például a miR-155 faj Burkitt limfómából származó B-sejtekben gazdag, és szekvenciája egy ismert kromoszómális transzlokációval (a kromoszómák közötti DNS-csere) is korrelál.
Kis zavaró RNS
A kis interferáló RNS (siRNS) az RNS egy másik osztálya. Bár ezek a molekulák csak 21-25 bázispár hosszúak, a génexpressziót is elnémítják. Pontosabban, egy kétszálú siRNS-molekula egy szála beépíthető a RISC nevű komplexbe. Ez az RNS-tartalmú komplex azután gátolhatja egy olyan mRNS-molekula transzkripcióját, amely komplementer szekvenciával rendelkezik az RNS-komponensével.
A MiRNS-eket először az RNS-interferenciában (RNAi) való részvételük alapján azonosították. A kettős szálú RNS-vírusok elleni védekezési mechanizmusként fejlődhettek ki. Az SiRNS-ek hosszabb transzkriptumokból származnak, hasonló folyamatban, mint a miRNS-ek előfordulása, és mindkét típusú RNS feldolgozása ugyanazt az enzimet foglalja magában. Kockajátékos. Úgy tűnik, hogy a két osztály elnyomási mechanizmusaiban különbözik, de találtak kivételeket, amelyekben az siRNS-ek a miRNS-ekre jellemzőbb viselkedést mutatnak, és fordítva (He & Hannon, 2004).
Kis nukleoláris RNS
Az eukarióta magon belül a nucleolus az a szerkezet, amelyben az rRNS-feldolgozás és a riboszóma-összeállítás megy végbe. A kis nukleoláris RNS-eknek (snoRNS-eknek) nevezett molekulákat nukleoláris kivonatokból izolálták, mivel ebben a szerkezetben bőségesek. Ezek a molekulák az rRNS-molekulák feldolgozására szolgálnak, ami gyakran specifikus nukleozidok metilációját és pszeudouridilációját eredményezi. A módosításokat a snoRNS-ek két osztályának egyike közvetíti: C/D-box vagy H/ACA-box családok, amelyek jellemzően metilcsoportok hozzáadásával vagy uradin izomerizációjával járnak az éretlen rRNS-molekulákban.
Nem kódoló RNS-ek prokariótákban
Azonban az eukarióták nem hajtották a piacot nem kódoló RNS-ek felé, amelyek az RNS-ek specifikus szabályozó energiafunkcióival rendelkeznek a sejtben. A baktériumok kis szabályozó RNS-ek osztályával is rendelkeznek. A bakteriális rRNS-ek olyan folyamatokban vesznek részt, amelyek a virulenciától a növekedésből az állófázisba való átmenetig terjednek, ami akkor következik be, amikor egy baktérium tápanyaghiányos helyzettel szembesül.
A bakteriális rRNS egyik példája az Escherichia coliban található 6S RNS. Ezt a molekulát jól jellemezték, kezdeti szekvenálása 1980-ban történt. 6S RNSszámos baktériumfajban megőrződött, ami fontos szerepet játszik a génszabályozásban.
RNS-ről kimutatták, hogy befolyásolja az RNS-polimeráz (RNAP) aktivitását, amely molekula a hírvivő RNS-t írja át a DNS-ből. A 6S RNS gátolja ezt az aktivitást azáltal, hogy egy polimeráz alegységhez kötődik, amely serkenti a transzkripciót a növekedés során. Ezen a mechanizmuson keresztül a 6S RNS gátolja az aktív növekedést serkentő gének expresszióját, és segíti a sejteket az állófázisba jutni (Jabri, 2005).
Riboswitchek
A génszabályozást – mind a prokariótákban, mind az eukariótákban – az RNS-szabályozó elemek, az úgynevezett ribokapcsolók (vagy RNS-kapcsolók) befolyásolják. A ribokapcsolók olyan RNS-érzékelők, amelyek érzékelik és reagálnak a környezeti vagy metabolikus jelekre, és így befolyásolják a génexpressziót.
E csoport egyszerű példája a hőmérsékletérzékelő RNS, amely a Listeria monocytogenes bakteriális kórokozó virulencia génjeiben található. Amikor ez a baktérium belép a gazdaszervezetbe, a gazdaszervezet testén belüli megnövekedett hőmérséklet megolvasztja a bakteriális prfA gén által termelt mRNS 5' nem transzlálódó régiójában lévő szegmens másodlagos szerkezetét. Ennek eredményeként a másodlagos struktúrában változások következnek be.
A további ribokapcsolókról kimutatták, hogy különféle organizmusokban reagálnak a hő- és hidegsokkra, és szabályozzák az anyagcseretermékek, például a cukrok és az aminosavak szintézisét is. Bár úgy tűnik, hogy a ribokapcsolók gyakoribbak a prokariótákban, sokat találtak az eukarióta sejtekben is.
