Funkcije rna u stanici: skladištenje, energija, kontraktilnost

Središnja Dogma molekularne biologije sugerira da DNK sadrži informacije za kodiranje svih naših proteina i da tri različite vrste RNA prilično pasivno pretvaraju taj kod u polipeptide. Konkretno, glasnik RNA (mRNA) prenosi proteinski plan iz DNA stanice u svoje ribosome, koji su "strojevi" koji pokreću sintezu proteina. RNA (trna) zatim prenosi odgovarajuće aminokiseline u ribosom kako bi se ugradila u novi protein. U međuvremenu, sami ribosomi sastoje se uglavnom od molekula ribosomske RNA (rRNA).

Međutim, u pola stoljeća otkako je struktura DNA prvi put razvijena, znanstvenici su saznali da RNA igra mnogo veću ulogu od pukog sudjelovanja u sintezi proteina. Na primjer, utvrđeno je da su mnoge vrste RNA katalitičke, što znači da provode biokemijske reakcije na isti način kao i enzimi. Nadalje, utvrđeno je da mnoge druge vrste RNA imaju složene regulatorne uloge u stanicama.

Stoga molekule RNA igraju brojne uloge i u normalnim staničnim procesima i u bolesnim stanjima. Obično se one molekule RNA koje ne poprimaju oblik mRNA nazivaju nekodirajućim, jer ne kodiraju proteine. Sudjelovanje nekodirajućih mRNA - u mnogim regulatornim procesima. Njihova prevalencija i raznolikost funkcija doveli su do hipoteze da je "svijet RNA" mogao prethoditi evoluciji DNA i RNA funkcija u stanici, sudjelovanju u biosintezi proteina.

Nekodirajuće RNA u eukariotima

U eukariota nekodirajuća RNA dolazi u nekoliko sorti. Najistaknutije nose RNA (trna) i ribosomsku RNA (rRNA). Kao što je ranije spomenuto, i trna i rRNA igraju važnu ulogu u prevođenju mRNA u proteine. Na primjer, Francis Crick predložio je postojanje adapterskih RNA molekula koje bi se mogle vezati za nukleotidni kod mRNA, olakšavajući tako transport aminokiselina u rastuće polipeptidne lance.

Rad Hoagland et al. (1958) doista je potvrdio da je određena frakcija stanične RNA kovalentno vezana za aminokiseline. Kasnije je činjenica da se pokazalo da je rRNA strukturna komponenta ribosoma sugerirala: poput trna, rRNA također ne kodira.

Osim rRNA i trna, u eukariotskim stanicama postoji i niz drugih nekodirajućih RNA. Te molekule pomažu u mnogim važnim funkcijama skladištenja energije RNA u stanici koje su još uvijek navedene i određene. Te se RNA često nazivaju malim regulatornim RNA (srna), a u eukariota su dalje klasificirane u brojne potkategorije. Zajedno, regulatorne RNA pokazuju svoje učinke kombiniranjem komplementarnog uparivanja baza, kompleksiranja s proteinima i njihove vlastite enzimske aktivnosti.

Male nuklearne RNA

Jedna važna potkategorija malih regulatornih RNA sastoji se od molekula poznatih kao male nuklearne RNA (CPN). Te molekule igraju važnu ulogu u regulaciji gena spajanjem RNA. Ipa se nalaze u jezgri i obično su usko povezani s proteinima u kompleksima tzv IPA (mali nuklearni ribonukleoproteini, koji se ponekad nazivaju i "IPA"). Najčešći od tih molekula su čestice Aina1, Aina2, Aina5 i Aina4 / Aina6, koje sudjeluju u spajanju pre-mRNA da bi stvorile zrelu mRNA.

MikroRNA

Druga tema od velikog interesa za istraživače su mikroRNA (mirna), koje su male regulatorne RNA duljine otprilike 22 do 26 nukleotida. Postojanje IPA i njihove kontraktilne RNA funkcije u stanici u regulaciji gena izvorno su pronađene u nematodi IPA. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od njihovog otkrića, oni su identificirani u mnogim drugim vrstama, uključujući muhe, miševe i ljude. Do sada je identificirano nekoliko stotina mirna. Moglo bi postojati još mnogo toga (nasa & Hannon, 2004).

Pokazalo se da mikroRNA inhibiraju ekspresiju gena potiskivanjem translacije. Na primjer, AIP-ovi kodirani AIP-ovima. IPA, i IPA-4 i IPA-7, vežu se na 3 ` neprevedeno mjesto njihovih ciljnih mRNA, sprječavajući stvaranje funkcionalnih proteina na određenim faze razvoja ličinke. Do sada se čini da većina ispitivanih mirna kontrolira ekspresiju gena vezanjem na ciljne mRNA nesavršenim uparivanjem baza i naknadnom inhibicijom translacije, iako su primijećene neke iznimke.

Dodatna istraživanja pokazuju da mikroRNA također igraju važnu ulogu u raku i drugim bolestima. Na primjer, vrsta IPA-155 obogaćena je B stanicama izvedenim iz Burkittovog limfoma, a njezin slijed također korelira s poznatom kromosomskom translokacijom (razmjena dna između kromosoma).

Male interferirajuće RNA

Male interferirajuće RNA (sirna) predstavljaju još jednu klasu RNA. Iako su ove molekule dugačke samo 21 do 25 parova baza, one također djeluju na suzbijanje ekspresije gena. Konkretno, jedan lanac dvolančane molekule sirna može se ugraditi u kompleks koji se naziva ASEAS. Ovaj kompleks koji sadrži RNA tada može inhibirati transkripciju molekule mRNA koja ima sekvencu komplementarnu svojoj RNA komponenti.

Sirna su prvi put identificirani njihovim sudjelovanjem u RNA interferenciji (RNAi). Mogli su se razviti kao obrambeni mehanizam protiv dvolančanih RNA virusa. UMP-ovi su izvedeni iz dužih transkripata u procesu sličnom onom kroz koji se događaju UMP-ovi i obrada RNA obje vrste uključuje isti enzim, UMP-ovi. Čini se da se ove dvije klase razlikuju u svojim mehanizmima represije, ali pronađene su iznimke u kojima se čini da su oceani pokazivali ponašanje tipičnije za ocepaine i obrnuto (ocepaine & Hannon, 2004).

Male Nukleolarne RNA

Unutar eukariotske jezgre, nukleolus je struktura u kojoj se odvija obrada rRNA i ribosomski sklop. Molekule koje se nazivaju male NUKLEOLARNE RNA (IAS) izolirane su iz nukleolarnih ekstrakata zbog njihovog obilja u ovoj strukturi. Te molekule funkcioniraju za obradu molekula rRNA, što često dovodi do metilacije i pseudouridilacije specifičnih nukleozida. Modifikacije posreduju jedna od dvije klase ia: ia / ia-kutija ili obitelji ia / ia-kutija, koje obično uključuju dodavanje metilnih skupina ili izomerizaciju uradina u nezrelim molekulama rRNA.

Nekodirajuće RNA u prokariotima

Međutim, eukarioti nisu gurnuli tržište u nekodirajuće RNA sa specifičnim regulatornim energetskim funkcijama RNA u stanici. Bakterije također posjeduju klasu malih regulatornih RNA. Bakterijske rRNA uključene su u procese u rasponu od virulencije do prijelaza iz rasta u stacionarnu fazu, što se događa kada se bakterija suoči sa situacijom poput uskraćivanja hranjivih sastojaka.

Jedan od primjera bakterijske rRNA je 6 RNA glasnika koja se nalazi u. Ova je molekula dobro okarakterizirana, a početno sekvenciranje dogodilo se 1980. godine. 6 RNA je kod mnogih konzervirana vrsta bakterija, što ukazuje na njegovu važnu ulogu u regulaciji gena.

Pokazalo se da RNA utječe na aktivnost RNA polimeraze( RNAP), molekule koja transkribira glasničku RNA iz dna. 6 RNA inhibira ovu aktivnost vezanjem na podjedinicu polimeraze koja potiče transkripciju tijekom rasta. Zahvaljujući ovom mehanizmu, 6 RNA inhibira ekspresiju gena koji potiču aktivni rast i pomaže stanicama da uđu u stacionarnu fazu (ipsi, 2005).

Riboswitches

Na regulaciju gena — i kod prokariota i kod eukariota-utječu regulatorni elementi RNA koji se nazivaju ribosvitchi (ili RNA prekidači). Ribosvitches su RNA senzori koji detektiraju i reagiraju na signale okoliš ili metabolizma i u skladu s tim utječu na ekspresiju gena.

Jednostavan primjer ove skupine je RNA temperaturni senzor koji se nalazi u genima virulencije bakterijskog patogena Cop. Kada ova bakterija uđe u domaćina, povišena temperatura unutar tijela domaćina topi sekundarnu strukturu segmenta u 5 ` neprevedenoj mRNA regiji koju proizvodi bakterijski genski gen. Kao rezultat toga, dolazi do promjena u sekundarnoj strukturi.

Pokazalo se da dodatni ribosvitchi reagiraju na toplotne i hladne šokove u različitim organizmima, a također reguliraju sintezu metabolita kao što su šećeri i aminokiseline. Iako se čini da su ribosvitchi češći kod prokariota, mnogi su pronađeni i u eukariotskim stanicama.