Moleküler biyolojinin merkezi dogması, DNA'nın tüm proteinlerimizi kodlayacak bilgiyi içerdiğini ve üç farklı RNA türünün bu kodu oldukça pasif bir şekilde polipep titlere çevirdiğini öne sürer. Özellikle, haberci RNA (mRNA), hücrenin DNA'sından protein planını protein sentezini kontrol eden "makineler" olan ribozomlarına taşır. RNA (tRNA) daha sonra uygun amino asitleri yeni bir proteine dahil edilmek üzere ribozoma aktarır. Bu arada, ribozomların kendileri esas olarak ribozomal RNA (rRNA) moleküllerinden oluşur.
Ancak, DNA'nın yapısının ilk geliştirildiği yarım yüzyılda, bilim adamları RNA'nın sadece protein sentezine katılmaktan çok daha büyük bir rol oynadığını öğrendiler. Örneğin, birçok RNA türünün katalitik olduğu bulunmuştur, yani biyokimyasal reaksiyonları enzimlerle aynı şekilde gerçekleştirirler. Ek olarak, diğer birçok RNA türünün karmaşık düzenleyici roller oynadığı bulunmuştur.hücreler.
Böylece RNA molekülleri hem normal hücresel süreçlerde hem de hastalık durumlarında sayısız rol oynar. Genellikle mRNA şeklini almayan RNA molekülleri, proteinleri kodlamadıkları için kodlamayan olarak adlandırılır. Kodlayıcı olmayan mRNA'ların birçok düzenleyici sürece katılımı. Yaygınlıkları ve çeşitli işlevleri, "RNA dünyasının" hücredeki DNA ve RNA işlevlerinin evriminden, protein biyosentezine katılımdan önce gelebileceği hipotezine yol açtı.
Ökaryotlarda kodlamayan RNA'lar
Ökaryotlarda kodlamayan RNA'nın birkaç çeşidi vardır. En önemlisi, RNA (tRNA) ve ribozomal RNA'yı (rRNA) aktarırlar. Daha önce bahsedildiği gibi, hem tRNA hem de rRNA, mRNA'nın proteinlere çevrilmesinde önemli bir rol oynar. Örneğin Francis Crick, mRNA nükleotid koduna bağlanabilen ve böylece amino asitlerin büyüyen polipeptit zincirlerine transferini kolaylaştıran adaptör RNA moleküllerinin varlığını öne sürdü.
Hoagland ve diğerlerinin çalışması. (1958) gerçekten de hücresel RNA'nın belirli bir bölümünün amino asitlere kovalent olarak bağlı olduğunu doğruladı. Daha sonra, rRNA'nın ribozomların yapısal bir bileşeni olduğu gerçeği, tRNA gibi rRNA'nın da kodlama yapmadığını gösterdi.
rRNA ve tRNA'ya ek olarak, ökaryotik hücrelerde kodlamayan başka RNA'lar da vardır. Bu moleküller, RNA'nın hücrede hala numaralandırılan ve tanımlanan önemli enerji depolama fonksiyonlarının çoğuna yardımcı olur. Bu RNA'lara genellikle küçük düzenleyici RNA'lar (sRNA'lar) denir.ökaryotlarda ayrıca bir dizi alt kategoriye ayrılmıştır. Düzenleyici RNA'lar birlikte etkilerini tamamlayıcı baz eşleşmesi, proteinlerle kompleksleşme ve kendi enzimatik aktivitelerinin bir kombinasyonu yoluyla gösterirler.
Küçük nükleer RNA
Küçük düzenleyici RNA'ların önemli bir alt kategorisi, küçük nükleer RNA'lar (snRNA'lar) olarak bilinen moleküllerden oluşur. Bu moleküller, RNA ekleme yoluyla genlerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. SnRNA'lar çekirdekte bulunur ve genellikle snRNP'ler (bazen "snurp" olarak adlandırılan küçük nükleer ribonükleoproteinler) adı verilen komplekslerdeki proteinlerle sıkı bir şekilde ilişkilidir. Bu moleküllerin en yaygın olanları, olgun mRNA oluşturmak için mRNA öncesi eklemede yer alan U1, U2, U5 ve U4/U6 parçacıklarıdır.
MikroRNA
Araştırmacıların büyük ilgi gösterdiği bir diğer konu, yaklaşık 22 ila 26 nükleotid uzunluğunda küçük düzenleyici RNA'lar olan mikroRNA'lardır (miRNA'lar). MiRNA'ların varlığı ve bunların kontraktil fonksiyonları, gen düzenlemesinde hücredeki RNA'lar ilk olarak nematod C. elegans'ta keşfedilmiştir (Lee ve diğerleri, 1993; Wightman ve diğerleri, 1993). MiRNA'ları keşfetmelerinden bu yana, sinekler, fareler ve insanlar dahil olmak üzere diğer birçok türde tanımlanmıştır. Şimdiye kadar, birkaç yüz miRNA tanımlanmıştır. Çok daha fazlası olabilir (He & Hannon, 2004).
MiRNA'ların, çeviriyi baskılayarak gen ifadesini engellediği gösterilmiştir. Örneğin C. elegans, lin-4 ve let-7 tarafından kodlanan miRNA'lar,mRNA hedeflerinin 3'-çevrilmemiş bölgesine bağlanır ve larva gelişiminin belirli aşamalarında fonksiyonel proteinlerin oluşumunu engeller. Şimdiye kadar, incelenen çoğu miRNA'nın, bazı istisnalar belirtilmiş olmasına rağmen, kusurlu baz eşleşmesi ve ardından translasyonun inhibisyonu yoluyla hedef mRNA'lara bağlanarak gen ekspresyonunu kontrol ettiği görülüyor.
Ek araştırmalar, miRNA'ların kanser ve diğer hastalıklarda da önemli bir rol oynadığını gösteriyor. Örneğin, miR-155 türü, Burkitt lenfomasından türetilen B hücrelerinde zenginleştirilmiştir ve dizisi ayrıca bilinen bir kromozomal translokasyonla (kromozomlar arasında DNA değişimi) ilişkilidir.
Küçük enterferans yapan RNA
Küçük enterferans yapan RNA (siRNA), RNA'nın başka bir sınıfıdır. Bu moleküller sadece 21 ila 25 baz çifti uzunluğunda olmasına rağmen, gen ifadesini susturmak için de çalışırlar. Özellikle, çift sarmallı bir siRNA molekülünün bir sarmalı, RISC adı verilen bir komplekse dahil edilebilir. Bu RNA içeren kompleks daha sonra RNA bileşenine tamamlayıcı bir diziye sahip bir mRNA molekülünün transkripsiyonunu engelleyebilir.
MiRNA'lar ilk olarak RNA interferansına (RNAi) katılımlarıyla tanımlandı. Çift sarmallı RNA virüslerine karşı bir savunma mekanizması olarak evrimleşmiş olabilirler. SiRNA'lar, miRNA'ların meydana geldiğine benzer bir süreçte daha uzun transkriptlerden türetilir ve her iki RNA tipinin işlenmesi aynı enzimi içerirDicer. İki sınıf, baskı mekanizmalarında farklılık gösteriyor gibi görünmektedir, ancak siRNA'ların miRNA'lara daha tipik davranışlar sergilediği ve bunun tersi olduğu istisnalar bulunmuştur (He & Hannon, 2004).
Küçük Nükleolar RNA
Ökaryotik çekirdeğin içinde, nükleolus, rRNA işleme ve ribozom montajının gerçekleştiği yapıdır. Küçük nükleolar RNA'lar (snoRNA'lar) olarak adlandırılan moleküller, bu yapıdaki bolluklarından dolayı nükleolar ekstraktlardan izole edilmiştir. Bu moleküller, genellikle spesifik nükleositlerin metilasyonu ve psödoüridilasyonu ile sonuçlanan rRNA moleküllerini işleme işlevi görür. Değişikliklere iki snoRNA sınıfından biri aracılık eder: C/D-kutusu veya H/ACA-kutusu aileleri, bunlar tipik olarak sırasıyla olgunlaşmamış rRNA moleküllerinde metil gruplarının eklenmesini veya uradin izomerizasyonunu içerir.
Prokaryotlarda kodlamayan RNA'lar
Ancak, ökaryotlar pazarı, hücredeki RNA'ların belirli düzenleyici enerji işlevlerine sahip kodlamayan RNA'lara yönlendirmedi. Bakteriler ayrıca küçük düzenleyici RNA'ların bir sınıfına sahiptir. Bakteriyel rRNA'lar, bir bakteri bir besin yoksunluğu durumuyla karşı karşıya kaldığında meydana gelen virülanstan büyümeden durağan faza geçişe kadar değişen süreçlerde yer alır.
Bakteriyel rRNA'nın bir örneği, Escherichia coli'de bulunan 6S RNA'dır. Bu molekül, 1980'de meydana gelen ilk dizilimi ile iyi karakterize edilmiştir. 6S RNA'sıbirçok bakteri türünde korunur, bu da gen düzenlemesinde önemli bir role işaret eder.
RNA'nın, DNA'dan mesajcı RNA'yı kopyalayan molekül olan RNA polimerazın (RNAP) aktivitesini etkilediği gösterilmiştir. 6S RNA, büyüme sırasında transkripsiyonu uyaran bir polimeraz alt birimine bağlanarak bu aktiviteyi inhibe eder. Bu mekanizma sayesinde 6S RNA, aktif büyümeyi uyaran ve hücrelerin durağan faza girmesine yardımcı olan genlerin ekspresyonunu engeller (Jabri, 2005).
Riboş alterler
Gen düzenlemesi - hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda - riboswitch (veya RNA anahtarları) adı verilen RNA düzenleyici öğelerden etkilenir. Riboswitch'ler, çevresel veya metabolik sinyalleri algılayan ve bunlara yanıt veren ve dolayısıyla gen ekspresyonunu etkileyen RNA sensörleridir.
Bu grubun basit bir örneği, bakteri patojeni Listeria monocytogenes'in virülans genlerinde bulunan sıcaklık sensörü RNA'sıdır. Bu bakteri konakçıya girdiğinde, konakçının vücudundaki yüksek sıcaklık, bakteriyel prfA geni tarafından üretilen mRNA'nın 5' çevrilmemiş bölgesindeki segmentin ikincil yapısını eritir. Sonuç olarak ikincil yapıda değişiklikler meydana gelir.
İlave ribo anahtarların çeşitli organizmalarda ısı ve soğuk şoklarına tepki verdiği ve ayrıca şekerler ve amino asitler gibi metabolitlerin sentezini düzenlediği gösterilmiştir. Riboswitch'ler prokaryotlarda daha yaygın gibi görünse de, birçoğu ökaryotik hücrelerde de bulunmuştur.
