Funkce rna v buňce: skladování, energie, kontraktilita

Centrální dogma molekulární biologie naznačuje, že DNA obsahuje informace pro kódování všech našich proteinů a tři různé typy RNA tento kód pasivně převádějí na polypeptidy. Konkrétně posel RNA (mRNA) přenáší proteinový plán z DNA buňky na její ribozomy, což jsou "stroje", které řídí syntézu proteinů. RNA (tRNA) poté přenáší odpovídající aminokyseliny do ribozomu, aby se začlenila do nového proteinu. Mezitím jsou samotné ribozomy složeny převážně z molekul ribozomální RNA (rRNA).

Během půlstoletí od prvního vývoje struktury DNA se však vědci dozvěděli, že RNA hraje mnohem větší roli než pouhé zapojení do syntézy proteinů. Například bylo zjištěno, že mnoho typů RNA je katalytických, to znamená, že provádějí biochemické reakce stejným způsobem jako enzymy. Kromě toho bylo zjištěno, že mnoho dalších druhů RNA má v buňkách komplexní regulační role.

Molekuly RNA tedy hrají četné role jak v normálních buněčných procesech, tak v chorobných stavech. Obvykle se ty molekuly RNA, které nemají formu mRNA, nazývají nekódující, protože nekódují proteiny. Zapojení nekódujících mRNA - do mnoha regulačních procesů. Jejich prevalence a rozmanitost funkcí vedly k hypotéze, že "svět RNA" mohl předcházet vývoji DNA a funkcí RNA v buňce, účasti na biosyntéze proteinů.

Nekódující RNA v eukaryotech

V eukaryotech se nekódující RNA vyskytuje v několika odrůdách. Nejvýrazněji přenášejí RNA (tRNA) a ribozomální RNA (rRNA). Jak bylo zmíněno dříve, jak tRNA, tak rRNA hrají důležitou roli při translaci mRNA na proteiny. Například Francis Crick navrhl existenci adaptorových molekul RNA, které by se mohly vázat na nukleotidový kód mRNA, čímž by se usnadnil přenos aminokyselin do rostoucích polypeptidových řetězců.

Práce Hoagland et al. (1958) skutečně potvrdila, že určitá frakce buněčné RNA byla kovalentně vázána na aminokyseliny. Později skutečnost, že rRNA se ukázala jako strukturální složka ribozomů, naznačovala: stejně jako tRNA, rRNA také nekóduje.

Kromě rRNA a tRNA existuje v eukaryotických buňkách řada dalších nekódujících RNA. Tyto molekuly pomáhají v mnoha důležitých energetických, skladovacích funkcích RNA v buňce, které jsou stále uvedeny a definovány. Tyto RNA se často nazývají malé regulační RNA (srna) a v eukaryotech byly dále klasifikovány do řady podkategorií. Regulační RNA společně vykazují své účinky kombinací komplementárního párování bází, komplexace s proteiny a jejich vlastní enzymatické aktivity.

Malé jaderné RNA

Jedna důležitá podkategorie malých regulačních RNA se skládá z molekul známých jako malé jaderné RNA (snRNAs). Tyto molekuly hrají důležitou roli v regulaci genů sestřihem RNA. SnRNAs se nacházejí v jádru a mají tendenci úzce souviset s proteiny v komplexech zvaných snRNPs (Malé jaderné ribonukleoproteiny, někdy označované jako "snurps"). Nejběžnější z těchto molekul jsou částice U1, U2, U5 a U4 / U6, které se podílejí na sestřihu pre-mRNA za vzniku zralé mRNA.

MikroRNA

Dalším tématem velkého zájmu výzkumníků jsou mikroRNA( mikroRNA), což jsou malé regulační RNA o délce přibližně 22 až 26 nukleotidů. Existence miRNA a jejich kontraktilních funkcí RNA v buňce v regulaci genů byla původně nalezena v hlístici C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od svého objevu Mirna byly identifikovány v mnoha dalších druzích, včetně mušek, myší a lidí. Dosud bylo identifikováno několik stovek Mirna. Může existovat mnohem více (He & Hannon, 2004).

Ukázalo se, že mikroRNA inhibují genovou expresi potlačením translace. Například Mirna kódované C. elegans, lin-4 a let-7, se vážou na 3 ` netranslatované místo jejich cílových mRNA, což zabraňuje tvorbě funkčních proteinů na určitých fáze vývoje larva. Doposud se zdá, že většina zkoumaných Mirna řídí genovou expresi vazbou na cílové mRNA prostřednictvím nedokonalého párování bází a následné inhibice translace, i když byly zaznamenány některé výjimky.

Další studie ukazují, že mikroRNA také hrají důležitou roli při rakovině a jiných onemocněních. Například druh miR-155 je obohacen o B buňky odvozené z Burkittova lymfomu a jeho sekvence také koreluje se známou chromozomální translokací (výměna DNA mezi chromozomy).

Malé interferující RNA

Malé interferující RNA (siRNA) představují další třídu RNA. I když jsou tyto molekuly dlouhé pouze 21 až 25 párů bází, pracují také na potlačení genové exprese. Zejména jeden řetězec dvouvláknové molekuly siRNA může být začleněn do komplexu zvaného RISC. Tento komplex obsahující RNA pak může inhibovat transkripci molekuly mRNA, která má sekvenci komplementární k její RNA složce.

SiRNA byly poprvé stanoveny jejich účastí na RNA interferenci (RNAi). Mohly se vyvinout jako obranný mechanismus proti dvouvláknovým RNA virům. SiRNA jsou odvozeny z delších transkriptů v procesu podobném procesu, kterým dochází k miRNA a zpracování RNA obou typů zahrnuje stejný enzym, Dicer. Zdá se, že tyto dvě třídy se liší v jejich represivních mechanismech, ale byly nalezeny výjimky, ve kterých siRNA vykazují chování typičtější pro miRNA a naopak (He & Hannon, 2004).

Malé nukleární RNA

Uvnitř eukaryotického jádra je nukleolus strukturou, ve které probíhá zpracování rRNA a sestavení ribozomu. Molekuly zvané malé nukleární RNA (snoRNAs) byly izolovány z nukleolárních extraktů kvůli jejich hojnosti v této struktuře. Tyto molekuly fungují pro zpracování molekul rRNA, což často vede k methylaci a pseudouridylaci specifických nukleosidů. Modifikace jsou zprostředkovány jednou ze dvou tříd snoRNAs: C / D box nebo rodina h / ACA boxů, které obvykle zahrnují přidání methylových skupin nebo izomerizaci uradinu v nezralých molekulách rRNA.

Nekódující RNA v prokaryotech

Eukaryoty však nestlačily trh do nekódujících RNA se specifickými regulačními energetickými funkcemi RNA v buňce. Bakterie mají také třídu malých regulačních RNA. Bakteriální rRNA se účastní procesů od virulence po přechod z růstu do stacionární fáze, ke kterému dochází, když bakterie čelí situaci, jako je deprivace živin.

Jedním příkladem bakteriální rRNA je 6S RNA nalezená v Escherichia coli. Tato molekula byla dobře charakterizována, její počáteční sekvenování proběhlo v roce 1980. 6S RNA je u mnoha konzervována druhy bakterií, což naznačuje její důležitou roli v regulaci genů.

Ukázalo se, že RNA ovlivňuje aktivitu RNA polymerázy (RNAP), molekuly, která přepisuje poslové RNA z DNA. 6S RNA inhibuje tuto aktivitu vazbou na polymerázovou podjednotku, která stimuluje transkripci během růstu. Prostřednictvím tohoto mechanismu 6S RNA inhibuje expresi genů, které stimulují aktivní růst, a pomáhá buňkám vstoupit do stacionární fáze (Jabri, 2005).

Riboswitches

Regulace genů — jak u prokaryot, tak u eukaryot-je ovlivněna regulačními prvky RNA zvanými riboswitche (nebo přepínače RNA). Riboswitchi jsou RNA senzory, které detekují a reagují na signály okolního prostředí nebo metabolismu a odpovídajícím způsobem ovlivňují genovou expresi.

Jednoduchým příkladem této skupiny je tepelný senzor RNA nalezený v genech virulence bakteriálního patogenu Listeria monocytogenes. Když tato bakterie napadne hostitele, zvýšená teplota uvnitř těla hostitele roztaví sekundární strukturu segmentu v 5 ` netranslatované oblasti mRNA produkované bakteriálním genem prfA. V důsledku toho dochází ke změnám v sekundární struktuře.

Ukázalo se, že další riboswitche reagují na tepelné a studené dopady v různých organismech a regulují syntézu metabolitů, jako jsou cukry a aminokyseliny. Ačkoli se riboswitches zdají být častější u prokaryot, mnoho z nich bylo také nalezeno v eukaryotických buňkách.