Централната догма на молекулярната биология предполага, че ДНК съдържа информацията за кодиране на всички наши протеини и три различни типа РНК превеждат този код в полипептиди доста пасивно. По-специално, информационната РНК (иРНК) пренася протеиновия план от ДНК на клетката до нейните рибозоми, които са „машините“, които контролират синтеза на протеини. След това РНК (tRNA) прехвърля подходящите аминокиселини към рибозомата за включване в нов протеин. Междувременно самите рибозоми са съставени предимно от рибозомна РНК (рРНК) молекули.
Въпреки това, през половин век, откакто структурата на ДНК е била разработена за първи път, учените са научили, че РНК играе много по-голяма роля от простото участие в синтеза на протеини. Например, установено е, че много видове РНК са каталитични, което означава, че извършват биохимични реакции по същия начин, по който го правят ензимите. Освен това е установено, че много други видове РНК играят сложни регулаторни роликлетки.
По този начин, РНК молекулите играят многобройни роли както в нормалните клетъчни процеси, така и в болестните състояния. Обикновено тези РНК молекули, които не приемат формата на иРНК, се наричат некодиращи, защото не кодират протеини. Участие на некодиращи иРНК в много регулаторни процеси. Тяхното разпространение и разнообразие от функции доведоха до хипотезата, че "светът на РНК" може да предшества еволюцията на функциите на ДНК и РНК в клетката, участието в биосинтеза на протеини.
Некодиращи РНК в еукариотите
Има няколко разновидности на некодираща РНК в еукариотите. Най-вече, те пренасят РНК (тРНК) и рибозомна РНК (рРНК). Както бе споменато по-рано, както тРНК, така и рРНК играят важна роля в транслацията на иРНК в протеини. Например, Франсис Крик предполага съществуването на адаптерни РНК молекули, които могат да се свържат с нуклеотидния код на иРНК, като по този начин улесняват трансфера на аминокиселини в растящи полипептидни вериги.
Работата на Hoagland et al. (1958) наистина потвърдиха, че определена фракция от клетъчната РНК е ковалентно свързана с аминокиселини. По-късно фактът, че рРНК се оказа структурен компонент на рибозомите, предполага, че подобно на тРНК, рРНК също не кодира.
В допълнение към рРНК и тРНК, има редица други некодиращи РНК в еукариотните клетки. Тези молекули подпомагат много от важните функции за съхранение на енергия на РНК в клетката, които все още са изброени и дефинирани. Тези РНК често се наричат малки регулаторни РНК (sRNAs).при еукариотите те са допълнително класифицирани в редица подкатегории. Заедно, регулаторните РНК упражняват ефектите си чрез комбинация от комплементарно сдвояване на бази, комплексообразуване с протеини и собствена ензимна активност.
Малка ядрена РНК
Една важна подкатегория на малките регулаторни РНК се състои от молекули, известни като малки ядрени РНК (snRNAs). Тези молекули играят важна роля в регулирането на гените чрез РНК сплайсинг. SnRNAs се намират в ядрото и обикновено са тясно свързани с протеини в комплекси, наречени snRNPs (малки ядрени рибонуклеопротеини, понякога наричани "snurps"). Най-често срещаните от тези молекули са частиците U1, U2, U5 и U4/U6, които участват в пре-мРНК сплайсинг за образуване на зряла иРНК.
MicroRNA
Друга тема от голям интерес за изследователите са микроРНК (miRNAs), които са малки регулаторни РНК с приблизително 22 до 26 нуклеотида дължина. Съществуването на miRNAs и техните контрактилни функции. РНК в клетката в генната регулация първоначално са открити в нематод C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). След откриването им на miRNAs, те са идентифицирани в много други видове, включително мухи, мишки и хора. Досега са идентифицирани няколкостотин miRNAs. Може да има много повече (He & Hannon, 2004).
Показано е, че MiRNA инхибират генната експресия чрез потискане на транслацията. Например, miRNAs, кодирани от C. elegans, lin-4 и let-7,се свързват с 3'-нетранслираната област на техните мишени иРНК, предотвратявайки образуването на функционални протеини на определени етапи от развитието на ларвите. Досега повечето изследвани miRNAs изглежда контролират генната експресия чрез свързване към целевите mRNAs чрез несъвършено сдвояване на бази и последващо инхибиране на транслацията, въпреки че са отбелязани някои изключения.
Допълнителни изследвания показват, че miRNA също играят важна роля при рак и други заболявания. Например, видът miR-155 е обогатен с В клетки, получени от лимфома на Burkitt, и неговата последователност също корелира с известна хромозомна транслокация (обмен на ДНК между хромозоми).
Малка интерферираща РНК
Малка интерферираща РНК (siRNA) е друг клас РНК. Въпреки че тези молекули са дълги само от 21 до 25 базови двойки, те също работят за заглушаване на генната експресия. По-специално, една верига от двуверижна siRNA молекула може да бъде включена в комплекс, наречен RISC. Този РНК-съдържащ комплекс може след това да инхибира транскрипцията на тРНК молекула, която има комплементарна последователност към нейния РНК компонент.
MiRNAs са идентифицирани за първи път чрез тяхното участие в РНК интерференцията (RNAi). Те може да са се развили като защитен механизъм срещу двуверижни РНК вируси. SiRNAs са получени от по-дълги транскрипти в процес, подобен на този, чрез който възникват miRNAs и обработката на двата типа РНК включва един и същ ензимDicer. Двата класа изглежда се различават по механизмите си на репресия, но са открити изключения, при които siRNAs показват поведение, по-типично за miRNAs и обратно (He & Hannon, 2004).
Малка нуклеоларна РНК
В рамките на еукариотното ядро, ядрото е структурата, в която се извършва обработката на рРНК и рибозомното сглобяване. Молекули, наречени малки нуклеоларни РНК (snoRNAs), са изолирани от нуклеоларни екстракти поради тяхното изобилие в тази структура. Тези молекули функционират за обработка на rRNA молекули, което често води до метилиране и псевдоуридилиране на специфични нуклеозиди. Модификациите се медиират от един от двата класа snoRNAs: семейства C/D-box или H/ACA-box, които обикновено включват добавяне на метилови групи или изомеризация на uradine в незрели rRNA молекули, съответно.
Некодиращи РНК в прокариотите
Въпреки това, еукариотите не са докарали пазара до некодиращи РНК със специфични регулаторни енергийни функции на РНК в клетката. Бактериите също притежават клас малки регулаторни РНК. Бактериалните рРНК участват в процеси, вариращи от вирулентност до преход от растеж към стационарна фаза, която се случва, когато бактерията е изправена пред ситуация с недостиг на хранителни вещества.
Един пример за бактериална рРНК е 6S РНК, открита в Escherichia coli. Тази молекула е добре характеризирана, като първоначалното й секвениране е настъпило през 1980 г. 6S РНКсе запазва сред много бактериални видове, което показва важна роля в генната регулация.
Доказано е, че RNA влияе върху активността на РНК полимеразата (RNAP), молекулата, която транскрибира информационната РНК от ДНК. 6S РНК инхибира тази активност чрез свързване с полимеразна субединица, която стимулира транскрипцията по време на растеж. Чрез този механизъм 6S РНК инхибира експресията на гени, които стимулират активния растеж и помагат на клетките да влязат в стационарната фаза (Jabri, 2005).
Рибопревключватели
Регулирането на гените - както при прокариотите, така и при еукариотите - се влияе от РНК регулаторни елементи, наречени рибосключове (или РНК превключватели). Рибопревключвателите са РНК сензори, които откриват и реагират на сигнали от околната среда или метаболитни сигнали и по този начин влияят на генната експресия.
Прост пример за тази група е РНК на температурния сензор, открита в гените за вирулентност на бактериалния патоген Listeria monocytogenes. Когато тази бактерия навлезе в гостоприемника, повишената температура в тялото на гостоприемника разтопява вторичната структура на сегмента в 5' нетранслираната област на иРНК, произведена от бактериалния prfA ген. В резултат на това настъпват промени във вторичната структура.
Доказано е, че допълнителните рибосключове реагират на топлинни и студени шокове в различни организми и също така регулират синтеза на метаболити като захари и аминокиселини. Въпреки че рибопревключвателите изглежда са по-чести при прокариотите, много от тях са открити и в еукариотните клетки.
