Ústredná dogma molekulárnej biológie naznačuje, že DNA obsahuje informácie na kódovanie všetkých našich proteínov a tri rôzne typy RNA prekladajú tento kód na polypeptidy skôr pasívne. Najmä messenger RNA (mRNA) prenáša proteínový plán z DNA bunky do jej ribozómov, čo sú „stroje“, ktoré riadia syntézu proteínov. RNA (tRNA) potom prenesie vhodné aminokyseliny do ribozómu na začlenenie do nového proteínu. Medzitým sa samotné ribozómy skladajú predovšetkým z molekúl ribozomálnej RNA (rRNA).
Avšak za polstoročie, odkedy bola prvýkrát vyvinutá štruktúra DNA, vedci zistili, že RNA hrá oveľa väčšiu úlohu ako len účasť na syntéze bielkovín. Napríklad sa zistilo, že mnohé typy RNA sú katalytické, čo znamená, že vykonávajú biochemické reakcie rovnakým spôsobom ako enzýmy. Okrem toho sa zistilo, že mnohé ďalšie druhy RNA zohrávajú komplexné regulačné úlohybunky.
Molekuly RNA teda hrajú početné úlohy v normálnych bunkových procesoch aj chorobných stavoch. Obvykle tie molekuly RNA, ktoré nemajú formu mRNA, sa nazývajú nekódujúce, pretože nekódujú proteíny. Účasť nekódujúcich mRNA v mnohých regulačných procesoch. Ich prevalencia a rôznorodosť funkcií viedli k hypotéze, že „svet RNA“by mohol predchádzať vývoju funkcií DNA a RNA v bunke, účasti na biosyntéze bielkovín.
Nekódujúce RNA v eukaryotoch
V eukaryotoch existuje niekoľko druhov nekódujúcej RNA. Predovšetkým prenášajú RNA (tRNA) a ribozomálnu RNA (rRNA). Ako už bolo spomenuté, tRNA aj rRNA hrajú dôležitú úlohu pri translácii mRNA do proteínov. Napríklad Francis Crick navrhol existenciu adaptorových molekúl RNA, ktoré by sa mohli viazať na nukleotidový kód mRNA, čím by sa uľahčil prenos aminokyselín do rastúcich polypeptidových reťazcov.
Práca Hoaglanda a kol. (1958) skutočne potvrdili, že určitá frakcia bunkovej RNA bola kovalentne spojená s aminokyselinami. Neskôr skutočnosť, že rRNA sa ukázala ako štrukturálna zložka ribozómov, naznačovala, že podobne ako tRNA, ani rRNA nekóduje.
Okrem rRNA a tRNA existuje v eukaryotických bunkách množstvo ďalších nekódujúcich RNA. Tieto molekuly pomáhajú pri mnohých dôležitých funkciách uchovávania energie RNA v bunke, ktoré sú stále vymenované a definované. Tieto RNA sa často označujú ako malé regulačné RNA (sRNA).v eukaryotoch boli ďalej rozdelené do niekoľkých podkategórií. Regulačné RNA spoločne uplatňujú svoje účinky prostredníctvom kombinácie komplementárneho párovania báz, tvorby komplexov s proteínmi a vlastnej enzymatickej aktivity.
Malá jadrová RNA
Jedna dôležitá podkategória malých regulačných RNA pozostáva z molekúl známych ako malé jadrové RNA (snRNA). Tieto molekuly hrajú dôležitú úlohu pri regulácii génov prostredníctvom zostrihu RNA. SnRNA sa nachádzajú v jadre a sú zvyčajne tesne spojené s proteínmi v komplexoch nazývaných snRNP (malé jadrové ribonukleoproteíny, niekedy označované ako „snurps“). Najbežnejšie z týchto molekúl sú častice U1, U2, U5 a U4/U6, ktoré sa podieľajú na zostrihu pre-mRNA za vzniku zrelej mRNA.
MicroRNA
Ďalšou témou veľkého záujmu výskumníkov sú mikroRNA (miRNA), čo sú malé regulačné RNA s dĺžkou približne 22 až 26 nukleotidov. Existencia miRNA a ich kontraktilné funkcie RNA v bunke v génovej regulácii boli pôvodne objavené u háďatka C. elegans (Lee a kol., 1993; Wightman a kol., 1993). Od ich objavu miRNA boli identifikované u mnohých iných druhov vrátane múch, myší a ľudí. Doteraz bolo identifikovaných niekoľko stoviek miRNA. Môže ich byť oveľa viac (He & Hannon, 2004).
Ukázalo sa, že miRNA inhibujú génovú expresiu potlačením translácie. Napríklad miRNA kódované C. elegans, lin-4 a let-7,viažu sa na 3'-netranslatovanú oblasť ich cieľových mRNA, čím bránia tvorbe funkčných proteínov v určitých štádiách vývoja lariev. Doteraz sa zdá, že väčšina študovaných miRNA riadi génovú expresiu väzbou na cieľové mRNA prostredníctvom nedokonalého párovania báz a následnej inhibície translácie, aj keď boli zaznamenané niektoré výnimky.
Dodatočný výskum ukazuje, že miRNA hrajú dôležitú úlohu aj pri rakovine a iných ochoreniach. Napríklad druh miR-155 je obohatený o B bunky pochádzajúce z Burkittovho lymfómu a jeho sekvencia tiež koreluje so známou chromozomálnou translokáciou (výmena DNA medzi chromozómami).
Malá interferujúca RNA
Malá interferujúca RNA (siRNA) je ďalšou triedou RNA. Aj keď sú tieto molekuly dlhé len 21 až 25 párov báz, pracujú aj na umlčaní génovej expresie. Konkrétne jedno vlákno dvojvláknovej molekuly siRNA môže byť zahrnuté do komplexu nazývaného RISC. Tento komplex obsahujúci RNA potom môže inhibovať transkripciu molekuly mRNA, ktorá má komplementárnu sekvenciu k svojej zložke RNA.
MiRNA boli prvýkrát identifikované podľa ich účasti na interferencii RNA (RNAi). Môžu sa vyvinúť ako obranný mechanizmus proti vírusom dvojvláknovej RNA. SiRNA sú odvodené z dlhších transkriptov v procese podobnom procesu, pri ktorom sa vyskytujú miRNA a spracovanie oboch typov RNA zahŕňa rovnaký enzýmDicer. Zdá sa, že tieto dve triedy sa líšia vo svojich represívnych mechanizmoch, ale našli sa výnimky, v ktorých siRNA vykazujú správanie typickejšie pre miRNA a naopak (He & Hannon, 2004).
Malá nukleárna RNA
V rámci eukaryotického jadra je jadro štruktúrou, v ktorej prebieha spracovanie rRNA a ribozomálne zostavenie. Molekuly nazývané malé nukleárne RNA (snoRNA) boli izolované z nukleárnych extraktov kvôli ich množstvu v tejto štruktúre. Tieto molekuly fungujú na spracovanie molekúl rRNA, čo často vedie k metylácii a pseudouridylácii špecifických nukleozidov. Modifikácie sú sprostredkované jednou z dvoch tried snoRNA: rodiny C/D-box alebo H/ACA-box, ktoré typicky zahŕňajú pridanie metylových skupín alebo izomerizáciu uradínu v nezrelých molekulách rRNA.
Nekódujúce RNA v prokaryotoch
Eukaryoty však nepretlačili trh do nekódujúcich RNA so špecifickými regulačnými energetickými funkciami RNA v bunke. Baktérie majú tiež triedu malých regulačných RNA. Bakteriálne rRNA sa podieľajú na procesoch od virulencie po prechod z rastovej do stacionárnej fázy, ku ktorej dochádza, keď baktéria čelí situácii nedostatku živín.
Jedným príkladom bakteriálnej rRNA je 6S RNA nachádzajúca sa v Escherichia coli. Táto molekula bola dobre charakterizovaná, pričom k jej počiatočnému sekvenovaniu došlo v roku 1980. 6S RNAje konzervovaný v mnohých bakteriálnych druhoch, čo naznačuje dôležitú úlohu v génovej regulácii.
Ukázalo sa, že RNA ovplyvňuje aktivitu RNA polymerázy (RNAP), molekuly, ktorá prepisuje messenger RNA z DNA. 6S RNA inhibuje túto aktivitu väzbou na podjednotku polymerázy, ktorá stimuluje transkripciu počas rastu. Prostredníctvom tohto mechanizmu 6S RNA inhibuje expresiu génov, ktoré stimulujú aktívny rast a pomáha bunkám vstúpiť do stacionárnej fázy (Jabri, 2005).
Riboswitches
Génová regulácia – u prokaryotov aj eukaryotov – je ovplyvnená regulačnými prvkami RNA nazývanými riboswitch (alebo RNA prepínače). Riboswitche sú RNA senzory, ktoré detekujú a reagujú na environmentálne alebo metabolické signály, a tak ovplyvňujú génovú expresiu.
Jednoduchým príkladom tejto skupiny je RNA snímača teploty, ktorá sa nachádza v génoch virulencie bakteriálneho patogénu Listeria monocytogenes. Keď táto baktéria vstúpi do hostiteľa, zvýšená teplota vo vnútri tela hostiteľa roztopí sekundárnu štruktúru segmentu v 5' netranslatovanej oblasti mRNA produkovanej bakteriálnym génom prfA. V dôsledku toho dochádza k zmenám v sekundárnej štruktúre.
Preukázalo sa, že ďalšie riboswitche reagujú na tepelné a chladové šoky v rôznych organizmoch a tiež regulujú syntézu metabolitov, ako sú cukry a aminokyseliny. Hoci sa zdá, že riboswitche sú bežnejšie u prokaryotov, mnohé sa našli aj v eukaryotických bunkách.
