Det centrale dogme inden for molekylærbiologi antyder, at DNA indeholder informationen til at kode for alle vores proteiner, og tre forskellige typer RNA oversætter denne kode til polypeptider ret passivt. Især messenger RNA (mRNA) bærer proteinplanen fra cellens DNA til dens ribosomer, som er de "maskiner", der styrer proteinsyntesen. RNA'et (tRNA'et) overfører derefter de passende aminosyrer til ribosomet for inkorporering i et nyt protein. I mellemtiden består selve ribosomerne primært af ribosomale RNA (rRNA)-molekyler.
I det halve århundrede, siden DNA-strukturen først blev udviklet, har forskere erfaret, at RNA spiller en meget større rolle end blot at deltage i proteinsyntese. For eksempel har mange typer RNA vist sig at være katalytiske, hvilket betyder, at de udfører biokemiske reaktioner på samme måde, som enzymer gør. Derudover har mange andre RNA-arter vist sig at spille komplekse regulatoriske roller iceller.
Således spiller RNA-molekyler adskillige roller i både normale cellulære processer og sygdomstilstande. Norm alt kaldes de RNA-molekyler, der ikke tager form af mRNA, ikke-kodende, fordi de ikke koder for proteiner. Deltagelse af ikke-kodende mRNA'er i mange regulatoriske processer. Deres udbredelse og variation af funktioner førte til den hypotese, at "RNA-verdenen" kunne gå forud for udviklingen af DNA- og RNA-funktioner i cellen, deltagelse i proteinbiosyntese.
Ikke-kodende RNA'er i eukaryoter
Der er flere varianter af ikke-kodende RNA i eukaryoter. Mest bemærkelsesværdigt overfører de RNA (tRNA) og ribosom alt RNA (rRNA). Som tidligere nævnt spiller både tRNA og rRNA en vigtig rolle i oversættelsen af mRNA til proteiner. For eksempel foreslog Francis Crick eksistensen af adaptor-RNA-molekyler, der kunne binde til mRNA-nukleotidkoden og derved lette overførslen af aminosyrer til voksende polypeptidkæder.
Arbejdet af Hoagland et al. (1958) bekræftede faktisk, at en vis fraktion af cellulært RNA var kovalent forbundet med aminosyrer. Det faktum, at rRNA viste sig at være en strukturel komponent i ribosomer, tydede senere på, at rRNA, ligesom tRNA, heller ikke koder.
Ud over rRNA og tRNA er der en række andre ikke-kodende RNA'er i eukaryote celler. Disse molekyler hjælper med mange af de vigtige energilagrende funktioner af RNA i cellen, som stadig er opregnet og defineret. Disse RNA'er omtales ofte som små regulatoriske RNA'er (sRNA'er).i eukaryoter er de blevet klassificeret yderligere i en række underkategorier. Sammen udøver regulatoriske RNA'er deres virkning gennem en kombination af komplementær baseparring, kompleksdannelse med proteiner og deres egen enzymatiske aktivitet.
Lille nuklear RNA
En vigtig underkategori af små regulatoriske RNA'er består af molekyler kendt som små nukleare RNA'er (snRNA'er). Disse molekyler spiller en vigtig rolle i reguleringen af gener gennem RNA-splejsning. SnRNA'er findes i kernen og er norm alt tæt forbundet med proteiner i komplekser kaldet snRNP'er (små nukleare ribonukleoproteiner, nogle gange omt alt som "snurps"). De mest almindelige af disse molekyler er U1-, U2-, U5- og U4/U6-partiklerne, som er involveret i præ-mRNA-splejsning for at danne modent mRNA.
MicroRNA
Et andet emne af stor interesse for forskere er mikroRNA'er (miRNA'er), som er små regulatoriske RNA'er med en længde på cirka 22 til 26 nukleotider. Eksistensen af miRNA'er og deres kontraktile funktioner RNA'er i cellen i genregulering blev oprindeligt opdaget i nematoden C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Siden deres opdagelse af miRNA'er er de blevet identificeret i mange andre arter, herunder fluer, mus og mennesker. Indtil videre er flere hundrede miRNA'er blevet identificeret. Der kan være mange flere (He & Hannon, 2004).
MiRNA'er har vist sig at hæmme genekspression ved at undertrykke translation. For eksempel, miRNA'er kodet af C. elegans, lin-4 og let-7,binder til den 3'-utranslaterede region af deres mRNA-mål, hvilket forhindrer dannelsen af funktionelle proteiner på visse stadier af larveudviklingen. Hidtil ser de fleste undersøgte miRNA'er ud til at kontrollere genekspression ved at binde til mål-mRNA'er gennem ufuldkommen baseparring og efterfølgende inhibering af translation, selvom nogle undtagelser er blevet bemærket.
Yderligere forskning viser, at miRNA'er også spiller en vigtig rolle i kræft og andre sygdomme. For eksempel er miR-155-arten beriget med B-celler afledt af Burkitts lymfom, og dens sekvens korrelerer også med en kendt kromosomal translokation (udveksling af DNA mellem kromosomer).
Lille forstyrrende RNA
Lille interfererende RNA (siRNA) er en anden klasse af RNA. Selvom disse molekyler kun er 21 til 25 basepar lange, arbejder de også på at dæmpe genekspression. Især en streng af et dobbeltstrenget siRNA-molekyle kan inkluderes i et kompleks kaldet RISC. Dette RNA-holdige kompleks kan derefter hæmme transkriptionen af et mRNA-molekyle, der har en komplementær sekvens til dets RNA-komponent.
MiRNA'er blev først identificeret ved deres involvering i RNA-interferens (RNAi). De kan have udviklet sig som en forsvarsmekanisme mod dobbeltstrengede RNA-vira. SiRNA'er er afledt af længere transkripter i en proces, der ligner den, hvorved miRNA'er opstår, og forarbejdning af begge typer RNA involverer det samme enzymDicer. De to klasser ser ud til at adskille sig i deres undertrykkelsesmekanismer, men der er fundet undtagelser, hvor siRNA'er udviser adfærd, der er mere typisk for miRNA'er og omvendt (He & Hannon, 2004).
Small Nucleolar RNA
Inden for den eukaryote kerne er nukleolus den struktur, hvori rRNA-behandling og ribosomsamling finder sted. Molekyler kaldet små nukleolære RNA'er (snoRNA'er) er blevet isoleret fra nukleolære ekstrakter på grund af deres overflod i denne struktur. Disse molekyler fungerer til at behandle rRNA-molekyler, hvilket ofte resulterer i methylering og pseudouridylering af specifikke nukleosider. Modifikationer medieres af en af to klasser af snoRNA'er: C/D-box- eller H/ACA-box-familier, som typisk involverer tilsætning af methylgrupper eller uradine-isomerisering i henholdsvis umodne rRNA-molekyler.
Ikke-kodende RNA'er i prokaryoter
Eukaryoter har imidlertid ikke drevet markedet til ikke-kodende RNA'er med specifikke regulatoriske energifunktioner af RNA'er i cellen. Bakterier har også en klasse af små regulatoriske RNA'er. Bakterielle rRNA'er er involveret i processer, der spænder fra virulens til overgangen fra vækst til stationær fase, der opstår, når en bakterie står over for en situation med mangel på næringsstoffer.
Et eksempel på bakteriel rRNA er 6S RNA fundet i Escherichia coli. Dette molekyle er blevet velkarakteriseret, og dets indledende sekventering fandt sted i 1980. 6S RNAer bevaret på tværs af mange bakteriearter, hvilket indikerer en vigtig rolle i genregulering.
RNA har vist sig at påvirke aktiviteten af RNA-polymerase (RNAP), det molekyle, der transkriberer messenger-RNA fra DNA. 6S RNA hæmmer denne aktivitet ved at binde til en polymerase-underenhed, der stimulerer transkription under vækst. Gennem denne mekanisme hæmmer 6S RNA ekspressionen af gener, der stimulerer aktiv vækst og hjælper celler med at komme ind i den stationære fase (Jabri, 2005).
Riboswitches
Genregulering - i både prokaryoter og eukaryoter - er påvirket af RNA-regulatoriske elementer kaldet riboswitches (eller RNA-switches). Riboswitches er RNA-sensorer, der detekterer og reagerer på miljømæssige eller metaboliske signaler og dermed påvirker genekspression.
Et simpelt eksempel på denne gruppe er temperatursensor-RNA'et, der findes i virulensgenerne fra det bakterielle patogen Listeria monocytogenes. Når denne bakterie kommer ind i værten, smelter den forhøjede temperatur inde i værtens krop den sekundære struktur af segmentet i den 5' utranslaterede region af mRNA'et produceret af det bakterielle prfA-gen. Som et resultat sker der ændringer i den sekundære struktur.
Yderligere riboswitches har vist sig at reagere på varme- og kuldechok i en række organismer og regulerer også syntesen af metabolitter som sukkerarter og aminosyrer. Selvom riboswitches ser ud til at være mere almindelige i prokaryoter, er mange også blevet fundet i eukaryote celler.
