Osrednja dogma molekularne biologije nakazuje, da DNK vsebuje informacije za kodiranje vseh naših beljakovin, tri različne vrste RNA pa to kodo precej pasivno prevedejo v polipeptide. Zlasti sporočilna RNA (mRNA) prenaša proteinski načrt iz DNK celice do njenih ribosomov, ki so "stroji", ki nadzorujejo sintezo beljakovin. RNA (tRNA) nato prenese ustrezne aminokisline v ribosom za vključitev v nov protein. Medtem so ribosomi sami sestavljeni predvsem iz molekul ribosomske RNA (rRNA).
Vendar pa so znanstveniki v pol stoletja, odkar je bila prvič razvita struktura DNK, izvedeli, da ima RNA veliko večjo vlogo kot le sodelovanje pri sintezi beljakovin. Ugotovljeno je bilo na primer, da so številne vrste RNA katalitične, kar pomeni, da izvajajo biokemične reakcije na enak način kot encimi. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da imajo številne druge vrste RNA kompleksne regulativne vlogecelice.
Tako imajo molekule RNA številne vloge tako v normalnih celičnih procesih kot pri boleznih. Običajno tiste molekule RNA, ki nimajo oblike mRNA, imenujemo nekodirajoče, ker ne kodirajo za beljakovine. Sodelovanje nekodirajočih mRNA v številnih regulativnih procesih. Njihova razširjenost in raznolikost funkcij sta privedla do hipoteze, da bi lahko "svet RNA" pred evolucijo funkcij DNK in RNA v celici, sodelovanje pri biosintezi beljakovin.
Nekodirajoče RNA pri evkariontih
Pri evkariontih obstaja več vrst nekodirajoče RNA. Predvsem prenašajo RNA (tRNA) in ribosomsko RNA (rRNA). Kot smo že omenili, imata tako tRNA kot rRNA pomembno vlogo pri prevajanju mRNA v beljakovine. Francis Crick je na primer predlagal obstoj adapterskih RNA molekul, ki bi se lahko vezale na nukleotidno kodo mRNA in s tem olajšale prenos aminokislin v rastoče polipeptidne verige.
Delo Hoaglanda et al. (1958) so dejansko potrdili, da je bil določen del celične RNA kovalentno vezan na aminokisline. Pozneje se je izkazalo, da je rRNA strukturna komponenta ribosomov, namiguje, da tako kot tRNA tudi rRNA ne kodira.
Poleg rRNA in tRNA so v evkariontskih celicah številne druge nekodirajoče RNA. Te molekule pomagajo pri številnih pomembnih funkcijah RNA shranjevanja energije v celici, ki so še naštete in definirane. Te RNA se pogosto imenujejo majhne regulativne RNA (sRNA).pri evkariontih so bili nadalje razvrščeni v številne podkategorije. Regulatorne RNA skupaj izvajajo svoje učinke s kombinacijo komplementarnega združevanja baz, kompleksiranja z beljakovinami in lastne encimske aktivnosti.
Mala jedrska RNA
Eno pomembno podkategorijo majhnih regulativnih RNA sestavljajo molekule, znane kot majhne jedrske RNA (snRNA). Te molekule igrajo pomembno vlogo pri regulaciji genov s spajanjem RNA. SnRNA se nahajajo v jedru in so običajno tesno povezane z beljakovinami v kompleksih, imenovanih snRNP (majhni jedrski ribonukleoproteini, včasih imenovani "snurps"). Najpogostejše od teh molekul so delci U1, U2, U5 in U4/U6, ki sodelujejo pri spajanju pred-mRNA, da tvorijo zrelo mRNA.
MicroRNA
Druga tema, ki je zelo zanimiva za raziskovalce, so mikroRNA (miRNA), ki so majhne regulativne RNA, dolge približno 22 do 26 nukleotidov. Obstoj miRNA in njihove kontraktilne funkcije RNA v celici pri regulaciji genov so prvotno odkrili pri ogorčici C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od odkritja miRNA so jih identificirali pri številnih drugih vrstah, vključno z muhami, mišmi in ljudmi. Doslej je bilo identificiranih več sto miRNA. Morda jih je veliko več (He & Hannon, 2004).
Pokazalo se je, da MiRNA zavirajo izražanje genov z zaviranjem prevajanja. Na primer, miRNA, ki jih kodirajo C. elegans, lin-4 in let-7,vežejo na 3'-neprevedeno regijo svojih tarč mRNA in preprečujejo nastanek funkcionalnih proteinov na določenih stopnjah razvoja ličink. Zdi se, da večina raziskanih miRNA nadzira gensko ekspresijo tako, da se veže na ciljne mRNA z nepopolnim združevanjem baz in kasnejšim zaviranjem prevajanja, čeprav so bile opažene nekatere izjeme.
Dodatne raziskave kažejo, da imajo miRNA tudi pomembno vlogo pri raku in drugih boleznih. Na primer, vrsta miR-155 je obogatena z B celicami, ki izvirajo iz Burkittovega limfoma, njeno zaporedje pa je v korelaciji tudi z znano kromosomsko translokacijo (izmenjava DNK med kromosomi).
Majhna moteča RNA
Mala moteča RNA (siRNA) je še en razred RNA. Čeprav so te molekule dolge le 21 do 25 baznih parov, delujejo tudi na utišanje genske ekspresije. Zlasti lahko eno verigo dvoverižne molekule siRNA vključimo v kompleks, imenovan RISC. Ta kompleks, ki vsebuje RNA, lahko nato zavira transkripcijo molekule mRNA, ki ima komplementarno zaporedje svoji komponenti RNA.
MiRNA so bile najprej identificirane po njihovi vpletenosti v interferenco RNA (RNAi). Morda so se razvili kot obrambni mehanizem proti virusom z dvojno verigo RNA. SiRNA izhajajo iz daljših prepisov v postopku, podobnem tistemu, pri katerem nastanejo miRNA, obdelava obeh vrst RNA pa vključuje isti encimDicer. Zdi se, da se oba razreda razlikujeta po mehanizmu zatiranja, vendar so bile ugotovljene izjeme, pri katerih siRNA kažejo obnašanje, ki je bolj značilno za miRNA in obratno (He & Hannon, 2004).
Small Nucleolar RNA
Znotraj evkariontskega jedra je nukleolus struktura, v kateri potekata obdelava rRNA in sestavljanje ribosomov. Molekule, imenovane majhne nukleolarne RNA (snoRNA), so bile izolirane iz nukleolarnih izvlečkov zaradi njihove številčnosti v tej strukturi. Te molekule delujejo za obdelavo molekul rRNA, kar pogosto povzroči metilacijo in psevdouridilacijo specifičnih nukleozidov. Spremembe posreduje eden od dveh razredov snoRNA: družine C/D-box ali H/ACA-box, ki običajno vključujejo dodajanje metilnih skupin ali izomerizacijo uradina v nezrele molekule rRNA.
Nekodirajoče RNA v prokariotih
Vendar evkarionti trga niso pognali v nekodirajoče RNA s specifičnimi regulativnimi energijskimi funkcijami RNA v celici. Bakterije imajo tudi razred majhnih regulativnih RNA. Bakterijske rRNA so vključene v procese, ki segajo od virulence do prehoda iz rasti v stacionarno fazo, ki se pojavi, ko se bakterija sooči s situacijo pomanjkanja hranil.
Eden od primerov bakterijske rRNA je 6S RNA, ki jo najdemo v Escherichia coli. Ta molekula je bila dobro označena, njeno prvo zaporedje pa se je zgodilo leta 1980. 6S RNAje ohranjen v številnih vrstah bakterij, kar kaže na pomembno vlogo pri regulaciji genov.
Pokazalo se je, da RNA vpliva na aktivnost RNA polimeraze (RNAP), molekule, ki transkribira sporočilno RNA iz DNK. 6S RNA zavira to aktivnost tako, da se veže na podenoto polimeraze, ki stimulira transkripcijo med rastjo. S tem mehanizmom 6S RNA zavira izražanje genov, ki spodbujajo aktivno rast in pomaga celicam vstopiti v stacionarno fazo (Jabri, 2005).
ribostikala
Na regulacijo genov - tako pri prokariotih kot pri evkariontih - vplivajo regulacijski elementi RNA, imenovani riboswitches (ali RNA stikala). Ribostikala so RNA senzorji, ki zaznavajo in se odzivajo na okoljske ali presnovne signale in tako vplivajo na izražanje genov.
Preprost primer te skupine je RNA temperaturnega senzorja, ki jo najdemo v genih virulence bakterijskega patogena Listeria monocytogenes. Ko ta bakterija vstopi v gostitelja, povišana temperatura v gostiteljevem telesu stopi sekundarno strukturo segmenta v 5' neprevedeni regiji mRNA, ki jo proizvaja bakterijski gen prfA. Posledično pride do sprememb v sekundarni strukturi.
Dokazalo se je, da se dodatna ribostikala odzivajo na toplotne in hladne šoke v različnih organizmih ter uravnavajo tudi sintezo presnovkov, kot so sladkorji in aminokisline. Čeprav se zdi, da so ribostikala pogostejša pri prokariotih, so jih veliko našli tudi v evkariontskih celicah.
