Centralna dogma molekularne biologije sugerira da DNK sadrži informacije za kodiranje svih naših proteina, a tri različite vrste RNK prilično pasivno prevode ovaj kod u polipeptide. Konkretno, glasnička RNA (mRNA) prenosi proteinski nacrt od ćelijske DNK do njenih ribozoma, koji su "mašine" koje kontroliraju sintezu proteina. RNK (tRNA) zatim prenosi odgovarajuće aminokiseline u ribozom za ugradnju u novi protein. U međuvremenu, sami ribozomi se prvenstveno sastoje od molekula ribosomske RNK (rRNA).
Međutim, u pola veka od kada je struktura DNK prvi put razvijena, naučnici su naučili da RNK igra mnogo veću ulogu od samog učešća u sintezi proteina. Na primjer, utvrđeno je da su mnoge vrste RNK katalitičke, što znači da provode biokemijske reakcije na isti način na koji to rade enzimi. Osim toga, otkriveno je da mnoge druge vrste RNK igraju složene regulatorne ulogećelije.
Dakle, RNK molekuli igraju brojne uloge kako u normalnim ćelijskim procesima tako iu bolesnim stanjima. Obično se one RNK molekule koje nemaju oblik mRNA nazivaju nekodirajućim jer ne kodiraju proteine. Učešće nekodirajućih mRNA u mnogim regulatornim procesima. Njihova rasprostranjenost i raznovrsnost funkcija doveli su do hipoteze da bi "svijet RNA" mogao prethoditi evoluciji DNK i RNA funkcija u ćeliji, sudjelovanju u biosintezi proteina.
Nekodirajuće RNA kod eukariota
Postoji nekoliko varijanti nekodirajuće RNK kod eukariota. Najvažnije, oni prenose RNK (tRNA) i ribosomalnu RNK (rRNA). Kao što je ranije spomenuto, i tRNA i rRNA igraju važnu ulogu u prevođenju mRNA u proteine. Na primjer, Francis Crick je sugerirao postojanje adapterskih RNA molekula koje bi se mogle vezati za mRNA nukleotidni kod, olakšavajući na taj način prijenos aminokiselina u rastuće polipeptidne lance.
Rad Hoaglanda et al. (1958) su zaista potvrdili da je određeni dio ćelijske RNK kovalentno vezan za aminokiseline. Kasnije se pokazalo da je rRNA strukturna komponenta ribozoma sugerirala da, poput tRNA, rRNA također ne kodira.
Pored rRNA i tRNA, postoji niz drugih nekodirajućih RNA u eukariotskim ćelijama. Ovi molekuli pomažu u mnogim važnim funkcijama RNK u stanici skladištenja energije, koje su još uvijek nabrojane i definirane. Ove RNK se često nazivaju malim regulatornim RNK (sRNA).kod eukariota, oni su dalje klasifikovani u brojne potkategorije. Zajedno, regulatorne RNA ispoljavaju svoje efekte kroz kombinaciju komplementarnog uparivanja baza, kompleksiranja s proteinima i vlastite enzimske aktivnosti.
Mala nuklearna RNA
Jedna važna podkategorija malih regulatornih RNK sastoji se od molekula poznatih kao male nuklearne RNK (snRNA). Ovi molekuli igraju važnu ulogu u regulaciji gena kroz spajanje RNK. SnRNA se nalaze u jezgri i obično su čvrsto povezane s proteinima u kompleksima zvanim snRNP (mali nuklearni ribonukleoproteini, koji se ponekad nazivaju "snurps"). Najčešći od ovih molekula su čestice U1, U2, U5 i U4/U6, koje su uključene u pre-mRNA spajanje kako bi se formirala zrela mRNA.
MicroRNA
Još jedna tema od velikog interesa za istraživače su mikroRNA (miRNA), koje su male regulatorne RNK dužine približno 22 do 26 nukleotida. Postojanje miRNA i njihove kontraktilne funkcije RNK u ćeliji u regulaciji gena prvobitno su otkrivene kod nematode C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od njihovog otkrića miRNA, identificirane su u mnogim drugim vrstama, uključujući muhe, miševe i ljude. Do sada je identifikovano nekoliko stotina miRNA. Možda ih ima mnogo više (He & Hannon, 2004).
Pokazalo se da MiRNA inhibiraju ekspresiju gena potiskivanjem translacije. Na primjer, miRNA kodirane od strane C. elegans, lin-4 i let-7,vežu se za 3'-netranslirani region svojih mRNA meta, sprečavajući stvaranje funkcionalnih proteina u određenim fazama razvoja larve. Do sada se čini da većina proučavanih miRNA kontrolira ekspresiju gena vezivanjem za ciljne mRNA kroz nesavršeno uparivanje baza i naknadnu inhibiciju translacije, iako su zabilježeni neki izuzeci.
Dodatna istraživanja pokazuju da miRNA također igraju važnu ulogu u raku i drugim bolestima. Na primjer, vrsta miR-155 obogaćena je B stanicama koje potiču iz Burkittovog limfoma, a njen slijed također korelira s poznatom hromozomskom translokacijom (razmjena DNK između hromozoma).
Mala interferirajuća RNA
Mala interferirajuća RNK (siRNA) je druga klasa RNK. Iako su ovi molekuli dugi samo 21 do 25 parova baza, oni također rade na utišavanju ekspresije gena. Konkretno, jedan lanac dvolančane siRNA molekule može biti uključen u kompleks koji se naziva RISC. Ovaj kompleks koji sadrži RNK tada može inhibirati transkripciju mRNA molekula koji ima komplementarnu sekvencu svojoj RNA komponenti.
MiRNA su prvi put identifikovane po njihovom učešću u RNA interferenciji (RNAi). Možda su evoluirali kao odbrambeni mehanizam protiv dvolančanih RNK virusa. SiRNA su izvedene iz dužih transkripata u procesu sličnom onom u kojem nastaju miRNA, a obrada oba tipa RNK uključuje isti enzimDicer. Čini se da se ove dvije klase razlikuju po svojim mehanizmima represije, ali su pronađeni izuzeci u kojima siRNA pokazuju ponašanja tipičnija za miRNA i obrnuto (He & Hannon, 2004).
Small Nucleolar RNA
Unutar eukariotskog jezgra, nukleolus je struktura u kojoj se odvija procesiranje rRNA i sastavljanje ribosoma. Molekule koje se nazivaju male nukleolarne RNK (snoRNA) izolovane su iz nukleolnih ekstrakata zbog njihovog obilja u ovoj strukturi. Ovi molekuli funkcioniraju za obradu rRNA molekula, što često rezultira metilacijom i pseudouridilacijom specifičnih nukleozida. Modifikacije su posredovane jednom od dvije klase snoRNA: C/D-box ili H/ACA-box porodice, koje tipično uključuju dodavanje metilnih grupa ili uradine izomerizaciju u nezrele rRNA molekule, respektivno.
Nekodirajuće RNA u prokariotima
Međutim, eukarioti nisu natjerali tržište na nekodirajuće RNA sa specifičnim regulatornim energetskim funkcijama RNA u ćeliji. Bakterije također posjeduju klasu malih regulatornih RNK. Bakterijske rRNA su uključene u procese koji se kreću od virulencije do prelaska iz faze rasta u stacionarnu fazu koja se javlja kada se bakterija suoči sa situacijom nedostatka nutrijenata.
Jedan primjer bakterijske rRNA je 6S RNK pronađena u Escherichia coli. Ovaj molekul je dobro okarakterisan, a njegovo početno sekvenciranje se dogodilo 1980. godine. 6S RNAje očuvan u mnogim vrstama bakterija, što ukazuje na važnu ulogu u regulaciji gena.
Pokazalo se da RNA utječe na aktivnost RNA polimeraze (RNAP), molekula koji transkribuje glasničku RNK iz DNK. 6S RNK inhibira ovu aktivnost vezivanjem za podjedinicu polimeraze koja stimuliše transkripciju tokom rasta. Kroz ovaj mehanizam, 6S RNA inhibira ekspresiju gena koji stimulišu aktivni rast i pomaže ćelijama da uđu u stacionarnu fazu (Jabri, 2005).
Riboprekidači
Na regulaciju gena - i kod prokariota i kod eukariota - utiču RNA regulatorni elementi koji se nazivaju ribosključci (ili RNA prekidači). Ribos prekidači su RNA senzori koji detektuju i reaguju na signale iz okoline ili metaboličke signale i na taj način utiču na ekspresiju gena.
Jednostavan primjer ove grupe je RNA senzora temperature koja se nalazi u genima virulencije bakterijskog patogena Listeria monocytogenes. Kada ova bakterija uđe u domaćina, povišena temperatura unutar tijela domaćina topi sekundarnu strukturu segmenta u 5' neprevedenom području mRNA koju proizvodi bakterijski prfA gen. Kao rezultat, dolazi do promjena u sekundarnoj strukturi.
Pokazano je da dodatni ribos prekidači reaguju na toplotne i hladne šokove u različitim organizmima i takođe regulišu sintezu metabolita kao što su šećeri i aminokiseline. Iako se čini da su riboprekidači češći kod prokariota, mnogi su pronađeni i u eukariotskim ćelijama.
