Het centrale dogma van de moleculaire biologie suggereert dat DNA de informatie bevat om voor al onze eiwitten te coderen, en drie verschillende soorten RNA vertalen deze code nogal passief in polypeptiden. In het bijzonder draagt boodschapper-RNA (mRNA) de eiwitblauwdruk van het DNA van de cel naar zijn ribosomen, de 'machines' die de eiwitsynthese regelen. Het RNA (tRNA) brengt vervolgens de juiste aminozuren over naar het ribosoom voor opname in een nieuw eiwit. Ondertussen bestaan de ribosomen zelf voornamelijk uit ribosomale RNA (rRNA) moleculen.
In de halve eeuw sinds de structuur van DNA voor het eerst werd ontwikkeld, hebben wetenschappers echter geleerd dat RNA een veel grotere rol speelt dan alleen maar deel te nemen aan de eiwitsynthese. Er is bijvoorbeeld gevonden dat veel soorten RNA katalytisch zijn, wat betekent dat ze biochemische reacties uitvoeren op dezelfde manier als enzymen. Bovendien is gevonden dat veel andere RNA-soorten complexe regulerende rollen spelen incellen.
Zo spelen RNA-moleculen talloze rollen in zowel normale cellulaire processen als ziektetoestanden. Gewoonlijk worden die RNA-moleculen die niet de vorm van mRNA hebben, niet-coderend genoemd omdat ze niet coderen voor eiwitten. Deelname van niet-coderende mRNA's in veel regulerende processen. Hun prevalentie en verscheidenheid aan functies leidden tot de hypothese dat de "RNA-wereld" vooraf zou kunnen gaan aan de evolutie van DNA- en RNA-functies in de cel, deelname aan eiwitbiosynthese.
Niet-coderende RNA's in eukaryoten
Er zijn verschillende soorten niet-coderend RNA in eukaryoten. Het meest opvallend is dat ze RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA) overdragen. Zoals eerder vermeld, spelen zowel tRNA als rRNA een belangrijke rol bij de translatie van mRNA in eiwitten. Francis Crick suggereerde bijvoorbeeld het bestaan van adapter-RNA-moleculen die zouden kunnen binden aan de mRNA-nucleotidecode, waardoor de overdracht van aminozuren naar groeiende polypeptideketens wordt vergemakkelijkt.
Het werk van Hoagland et al. (1958) bevestigden inderdaad dat een bepaalde fractie van cellulair RNA covalent was gekoppeld aan aminozuren. Later suggereerde het feit dat rRNA een structurele component van ribosomen bleek te zijn, dat rRNA, net als tRNA, ook niet codeert.
Naast rRNA en tRNA zijn er een aantal andere niet-coderende RNA's in eukaryote cellen. Deze moleculen helpen bij veel van de belangrijke energieopslagfuncties van RNA in de cel, die nog steeds worden opgesomd en gedefinieerd. Deze RNA's worden vaak kleine regulerende RNA's (sRNA's) genoemd.bij eukaryoten zijn ze verder onderverdeeld in een aantal subcategorieën. Samen oefenen regulerende RNA's hun effecten uit door een combinatie van complementaire basenparing, complexering met eiwitten en hun eigen enzymatische activiteit.
Klein nucleair RNA
Een belangrijke subcategorie van kleine regulerende RNA's bestaat uit moleculen die bekend staan als kleine nucleaire RNA's (snRNA's). Deze moleculen spelen een belangrijke rol bij de regulatie van genen door middel van RNA-splitsing. SnRNA's worden gevonden in de kern en zijn meestal nauw verbonden met eiwitten in complexen die snRNP's worden genoemd (kleine nucleaire ribonucleoproteïnen, soms "snurps" genoemd). De meest voorkomende van deze moleculen zijn de U1-, U2-, U5- en U4/U6-deeltjes, die betrokken zijn bij pre-mRNA-splitsing om rijp mRNA te vormen.
MicroRNA
Een ander onderwerp dat van groot belang is voor onderzoekers zijn microRNA's (miRNA's), dit zijn kleine regulerende RNA's met een lengte van ongeveer 22 tot 26 nucleotiden. Het bestaan van miRNA's en hun contractiele functies RNA's in de cel bij genregulatie werden oorspronkelijk ontdekt in de nematode C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Sinds hun ontdekking van miRNA's zijn ze geïdentificeerd in veel andere soorten, waaronder vliegen, muizen en mensen. Tot nu toe zijn enkele honderden miRNA's geïdentificeerd. Er kunnen er nog veel meer zijn (He & Hannon, 2004).
Van MiRNA's is aangetoond dat ze genexpressie remmen door translatie te onderdrukken. MiRNA's die worden gecodeerd door C. elegans, lin-4 en let-7,binden aan het 3'-niet-vertaalde gebied van hun mRNA-doelen, waardoor de vorming van functionele eiwitten in bepaalde stadia van larvale ontwikkeling wordt voorkomen. Tot dusverre lijken de meeste onderzochte miRNA's de genexpressie te beheersen door te binden aan doel-mRNA's door middel van imperfecte basenparing en daaropvolgende remming van translatie, hoewel er enkele uitzonderingen zijn opgemerkt.
Aanvullend onderzoek toont aan dat miRNA's ook een belangrijke rol spelen bij kanker en andere ziekten. De miR-155-soort is bijvoorbeeld verrijkt met B-cellen die zijn afgeleid van Burkitt-lymfoom, en de sequentie ervan correleert ook met een bekende chromosomale translocatie (uitwisseling van DNA tussen chromosomen).
Klein storend RNA
Klein interfererend RNA (siRNA) is een andere klasse van RNA. Hoewel deze moleculen slechts 21 tot 25 basenparen lang zijn, werken ze ook om genexpressie tot zwijgen te brengen. In het bijzonder kan één streng van een dubbelstrengs siRNA-molecuul worden opgenomen in een complex dat RISC wordt genoemd. Dit RNA-bevattende complex kan vervolgens de transcriptie remmen van een mRNA-molecuul dat een complementaire sequentie heeft voor zijn RNA-component.
MiRNA's werden voor het eerst geïdentificeerd door hun betrokkenheid bij RNA-interferentie (RNAi). Ze zijn mogelijk geëvolueerd als een afweermechanisme tegen dubbelstrengs RNA-virussen. SiRNA's zijn afgeleid van langere transcripten in een proces dat vergelijkbaar is met dat waarbij miRNA's optreden en bij de verwerking van beide soorten RNA is hetzelfde enzym betrokken.dobbelsteen. De twee klassen lijken te verschillen in hun onderdrukkingsmechanismen, maar er zijn uitzonderingen gevonden waarin siRNA's gedrag vertonen dat meer typerend is voor miRNA's en vice versa (He & Hannon, 2004).
Klein nucleolair RNA
Binnen de eukaryote kern is de nucleolus de structuur waarin rRNA-verwerking en ribosomale assemblage plaatsvinden. Moleculen die kleine nucleolaire RNA's (snoRNA's) worden genoemd, zijn geïsoleerd uit nucleolaire extracten vanwege hun overvloed in deze structuur. Deze moleculen werken om rRNA-moleculen te verwerken, wat vaak resulteert in methylering en pseudo-uridylering van specifieke nucleosiden. Modificaties worden gemedieerd door een van de twee klassen van snoRNA's: C/D-box- of H/ACA-box-families, die doorgaans respectievelijk de toevoeging van methylgroepen of uradine-isomerisatie in onrijpe rRNA-moleculen omvatten.
Niet-coderende RNA's in prokaryoten
Eukaryoten hebben de markt echter niet gedreven tot niet-coderende RNA's met specifieke regulerende energiefuncties van RNA's in de cel. Bacteriën bezitten ook een klasse van kleine regulerende RNA's. Bacteriële rRNA's zijn betrokken bij processen variërend van virulentie tot de overgang van groei naar stationaire fase die optreedt wanneer een bacterie wordt geconfronteerd met een situatie van tekort aan voedingsstoffen.
Een voorbeeld van bacterieel rRNA is het 6S-RNA dat wordt aangetroffen in Escherichia coli. Dit molecuul is goed gekarakteriseerd, met de initiële sequentiebepaling in 1980. 6S-RNAis geconserveerd in veel bacteriesoorten, wat wijst op een belangrijke rol in genregulatie.
Van RNA is aangetoond dat het de activiteit van RNA-polymerase (RNAP) beïnvloedt, het molecuul dat boodschapper-RNA uit DNA transcribeert. 6S-RNA remt deze activiteit door te binden aan een polymerase-subeenheid die transcriptie stimuleert tijdens de groei. Door dit mechanisme remt 6S-RNA de expressie van genen die actieve groei stimuleren en helpt het cellen de stationaire fase binnen te gaan (Jabri, 2005).
Riboschakelaars
Genregulatie - in zowel prokaryoten als eukaryoten - wordt beïnvloed door RNA-regulerende elementen die riboswitches (of RNA-switches) worden genoemd. Riboswitches zijn RNA-sensoren die omgevings- of metabolische signalen detecteren en erop reageren en zo de genexpressie beïnvloeden.
Een eenvoudig voorbeeld van deze groep is het RNA van de temperatuursensor dat wordt aangetroffen in de virulentiegenen van de bacteriële ziekteverwekker Listeria monocytogenes. Wanneer deze bacterie de gastheer binnendringt, smelt door de verhoogde temperatuur in het lichaam van de gastheer de secundaire structuur van het segment in het 5'-niet-vertaalde gebied van het mRNA dat wordt geproduceerd door het bacteriële prfA-gen. Als gevolg hiervan treden er veranderingen op in de secundaire structuur.
Van extra riboswitches is aangetoond dat ze reageren op hitte- en koudeschokken in een verscheidenheid aan organismen en ook de synthese van metabolieten zoals suikers en aminozuren reguleren. Hoewel riboswitches vaker voorkomen bij prokaryoten, zijn er ook veel gevonden in eukaryote cellen.
