Das zentrale Dogma der Molekularbiologie legt nahe, dass die DNA die Informationen enthält, die für alle unsere Proteine kodieren, und drei verschiedene Arten von RNA diesen Code eher passiv in Polypeptide übersetzen. Insbesondere trägt die Boten-RNA (mRNA) den Proteinbauplan von der DNA der Zelle zu ihren Ribosomen, den „Maschinen“, die die Proteinsynthese steuern. Die RNA (tRNA) überträgt dann die entsprechenden Aminosäuren zum Einbau in ein neues Protein an das Ribosom. Unterdessen bestehen die Ribosomen selbst hauptsächlich aus ribosomalen RNA (rRNA)-Molekülen.
In dem halben Jahrhundert, seit die DNA-Struktur zum ersten Mal entwickelt wurde, haben Wissenschaftler jedoch gelernt, dass RNA eine viel größere Rolle spielt als nur die Teilnahme an der Proteinsynthese. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass viele Arten von RNA katalytisch sind, was bedeutet, dass sie biochemische Reaktionen auf die gleiche Weise ausführen wie Enzyme. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass viele andere RNA-Spezies komplexe regulatorische Rollen spielenZellen.
Daher spielen RNA-Moleküle zahlreiche Rollen sowohl bei normalen zellulären Prozessen als auch bei Krankheitszuständen. Üblicherweise werden solche RNA-Moleküle, die nicht die Form von mRNA annehmen, als nicht-codierend bezeichnet, weil sie nicht für Proteine codieren. Beteiligung von nicht-kodierenden mRNAs an vielen regulatorischen Prozessen. Ihre Prävalenz und Funktionsvielf alt führte zu der Hypothese, dass die „RNA-Welt“der Evolution von DNA- und RNA-Funktionen in der Zelle, der Teilnahme an der Proteinbiosynthese, vorausgehen könnte.
Nicht-kodierende RNAs in Eukaryoten
In Eukaryoten gibt es mehrere Varianten nichtkodierender RNA. Vor allem übertragen sie RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA). Wie bereits erwähnt, spielen sowohl tRNA als auch rRNA eine wichtige Rolle bei der Übersetzung von mRNA in Proteine. Zum Beispiel schlug Francis Crick die Existenz von Adapter-RNA-Molekülen vor, die an den mRNA-Nukleotidcode binden könnten, wodurch der Transfer von Aminosäuren in wachsende Polypeptidketten erleichtert wird.
Die Arbeit von Hoagland et al. (1958) bestätigten tatsächlich, dass ein gewisser Anteil der zellulären RNA kovalent an Aminosäuren gebunden war. Später stellte sich heraus, dass rRNA ein struktureller Bestandteil von Ribosomen ist, was darauf hindeutet, dass rRNA ebenso wie tRNA nicht kodiert.
Neben rRNA und tRNA gibt es in eukaryotischen Zellen eine Reihe weiterer nichtkodierender RNAs. Diese Moleküle unterstützen viele der wichtigen energiespeichernden Funktionen der RNA in der Zelle, die noch aufgezählt und definiert werden. Diese RNAs werden oft als kleine regulatorische RNAs (sRNAs) bezeichnet.in Eukaryoten wurden sie weiter in eine Reihe von Unterkategorien eingeteilt. Zusammen entf alten regulatorische RNAs ihre Wirkung durch eine Kombination aus komplementärer Basenpaarung, Komplexierung mit Proteinen und ihrer eigenen enzymatischen Aktivität.
Kleine Kern-RNA
Eine wichtige Unterkategorie kleiner regulatorischer RNAs besteht aus Molekülen, die als kleine nukleäre RNAs (snRNAs) bekannt sind. Diese Moleküle spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation von Genen durch RNA-Spleißen. SnRNAs befinden sich im Zellkern und sind normalerweise eng mit Proteinen in Komplexen verbunden, die als snRNPs (kleine nukleare Ribonukleoproteine, manchmal auch als „Snurps“bezeichnet) bezeichnet werden. Die häufigsten dieser Moleküle sind die U1-, U2-, U5- und U4/U6-Partikel, die am Prä-mRNA-Spleißen beteiligt sind, um reife mRNA zu bilden.
MicroRNA
Ein weiteres Thema von großem Interesse für Forscher sind microRNAs (miRNAs), kleine regulatorische RNAs mit einer Länge von etwa 22 bis 26 Nukleotiden. Die Existenz von miRNAs und ihre kontraktilen Funktionen RNAs in der Zelle bei der Genregulation wurden ursprünglich im Fadenwurm C. elegans entdeckt (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Seit ihrer Entdeckung von miRNAs wurden sie in vielen anderen Arten identifiziert, darunter Fliegen, Mäuse und Menschen. Bisher wurden mehrere hundert miRNAs identifiziert. Es könnte noch viele mehr geben (He & Hannon, 2004).
MiRNAs hemmen nachweislich die Genexpression, indem sie die Translation unterdrücken. Zum Beispiel von C. elegans kodierte miRNAs, lin-4 und let-7,binden an die 3'-untranslatierte Region ihrer mRNA-Ziele und verhindern so die Bildung funktioneller Proteine in bestimmten Stadien der Larvenentwicklung. Bisher scheinen die meisten untersuchten miRNAs die Genexpression durch Bindung an Ziel-mRNAs durch unvollständige Basenpaarung und anschließende Hemmung der Translation zu kontrollieren, obwohl einige Ausnahmen festgestellt wurden.
Weitere Untersuchungen zeigen, dass miRNAs auch bei Krebs und anderen Krankheiten eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise ist die Spezies miR-155 in B-Zellen angereichert, die vom Burkitt-Lymphom stammen, und ihre Sequenz korreliert auch mit einer bekannten chromosomalen Translokation (Austausch von DNA zwischen Chromosomen).
Kleine interferierende RNA
Small interfering RNA (siRNA) ist eine weitere Klasse von RNA. Obwohl diese Moleküle nur 21 bis 25 Basenpaare lang sind, arbeiten sie auch daran, die Genexpression zum Schweigen zu bringen. Insbesondere kann ein Strang eines doppelsträngigen siRNA-Moleküls in einen Komplex namens RISC eingeschlossen werden. Dieser RNA-h altige Komplex kann dann die Transkription eines mRNA-Moleküls hemmen, das eine komplementäre Sequenz zu seiner RNA-Komponente hat.
MiRNAs wurden zuerst durch ihre Beteiligung an der RNA-Interferenz (RNAi) identifiziert. Sie könnten sich als Abwehrmechanismus gegen doppelsträngige RNA-Viren entwickelt haben. SiRNAs werden von längeren Transkripten in einem Prozess abgeleitet, der dem ähnlich ist, durch den miRNAs entstehen, und die Verarbeitung beider RNA-Typen umfasst dasselbe EnzymWürfel. Die beiden Klassen scheinen sich in ihren Repressionsmechanismen zu unterscheiden, aber es wurden Ausnahmen gefunden, bei denen siRNAs typischere Verh altensweisen von miRNAs zeigen und umgekehrt (He & Hannon, 2004).
Kleine nukleoläre RNA
Innerhalb des eukaryotischen Zellkerns ist der Nukleolus die Struktur, in der die rRNA-Verarbeitung und der ribosomale Zusammenbau stattfinden. Moleküle, die als kleine nukleoläre RNAs (snoRNAs) bezeichnet werden, wurden aufgrund ihrer Häufigkeit in dieser Struktur aus nukleolären Extrakten isoliert. Diese Moleküle prozessieren rRNA-Moleküle, was häufig zu einer Methylierung und Pseuduridylation spezifischer Nukleoside führt. Modifikationen werden durch eine von zwei Klassen von snoRNAs vermittelt: C/D-Box- oder H/ACA-Box-Familien, die typischerweise die Addition von Methylgruppen bzw. Uradin-Isomerisierung in unreifen rRNA-Molekülen beinh alten.
Nichtkodierende RNAs in Prokaryoten
Allerdings haben Eukaryoten den Markt nicht in nichtkodierende RNAs mit spezifischen regulatorischen Energiefunktionen von RNAs in der Zelle getrieben. Bakterien besitzen auch eine Klasse von kleinen regulatorischen RNAs. Bakterielle rRNAs sind an Prozessen beteiligt, die von der Virulenz bis zum Übergang vom Wachstum in die stationäre Phase reichen, der auftritt, wenn ein Bakterium mit einer Nährstoffmangelsituation konfrontiert wird.
Ein Beispiel für bakterielle rRNA ist die 6S-RNA, die in Escherichia coli vorkommt. Dieses Molekül wurde gut charakterisiert, wobei seine erste Sequenzierung 1980 erfolgte. 6S-RNAist in vielen Bakterienarten konserviert, was auf eine wichtige Rolle bei der Genregulation hinweist.
Es wurde gezeigt, dass RNA die Aktivität der RNA-Polymerase (RNAP) beeinflusst, dem Molekül, das Boten-RNA aus DNA transkribiert. 6S-RNA hemmt diese Aktivität, indem sie an eine Polymerase-Untereinheit bindet, die die Transkription während des Wachstums stimuliert. Durch diesen Mechanismus hemmt 6S-RNA die Expression von Genen, die das aktive Wachstum stimulieren, und hilft den Zellen, in die stationäre Phase einzutreten (Jabri, 2005).
Ribosch alter
Genregulierung - sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten - wird durch RNA-regulatorische Elemente beeinflusst, die Ribosch alter (oder RNA-Sch alter) genannt werden. Riboswitches sind RNA-Sensoren, die Umwelt- oder Stoffwechselsignale erkennen und darauf reagieren und so die Genexpression beeinflussen.
Ein einfaches Beispiel für diese Gruppe ist die Temperatursensor-RNA, die in den Virulenzgenen des bakteriellen Krankheitserregers Listeria monocytogenes gefunden wird. Wenn dieses Bakterium in den Wirt eindringt, schmilzt die erhöhte Temperatur im Körper des Wirts die Sekundärstruktur des Segments in der 5'-untranslatierten Region der mRNA, die vom bakteriellen prfA-Gen produziert wird. Dadurch kommt es zu Veränderungen in der Sekundärstruktur.
Zusätzliche Ribosch alter reagieren nachweislich auf Hitze- und Kälteschocks in einer Vielzahl von Organismen und regulieren auch die Synthese von Metaboliten wie Zucker und Aminosäuren. Obwohl Ribosch alter in Prokaryoten häufiger vorkommen, wurden viele auch in eukaryotischen Zellen gefunden.
