Mis on mittekodeeriv RNA? Definitsioon, tüübid ja funktsioonid

Avasta mittekodeeriv RNA: definitsioon, peamised tüübid (tRNA, rRNA, miRNA, lncRNA) ja rollid geeniregulatsioonis ning terviseuuringutes.

Mittekodeeriv RNA (ncRNA) on funktsionaalne RNA-molekul, mis ei tõlgitu valguks. Mõnikord kasutatakse ka nimetusi mitte-valgu-kodeeriv RNA (npcRNA), mitte-messenger RNA (nmRNA) või funktsionaalne RNA (fRNA). Bakteriaalsete lühikeste ncRNAde kohta kasutatakse sageli terminit väike RNA (sRNA). DNA-järjestust, millest mittekodeeriv RNA transkribeeritakse, nimetatakse sageli "RNA geeniks".

Tüübid ja peamised näited

Mittekodeerivate RNAde hulka kuuluvad traditsioonilisemad ja hästi uuritud RNA-d ning ka palju hiljem avastatud rühmi. Olulisimad tüübid on:

• transfeer-RNA (tRNA) — vahendab aminohappeid ribosoomile translatsiooni ajal (transfeer-RNA).
• ribosomaalne RNA (rRNA) — ribosoomide koostisosa, vajalik valkude sünteesis.
• small nucleolar RNA (snoRNA) — osalevad rRNA ja teiste RNA-de modifikatsioonis ja lõikuses.
• small nuclear RNA (snRNA) — osalevad eel-mRNA ristsidemete eemaldamises ehk splicingus (snRNAd).
• mikroRNA (miRNA) — lühikesed ~22 nukleotiidi RNA-d, mis reguleerivad geeniekspressiooni mRNA degradatsiooni või transleerimise takistamise kaudu.
• siRNA — sünteetiliselt või loomulikult tekkinud lühikesed RNA-d, mis vallandavad RNA interferentsi (siRNAd).
• piwi-interakteeruvad RNA-d (piRNA) — olulised germiliini genoomi kaitsel transposoonide repressioonis.
• pikad mittekodeerivad RNA-d (lncRNA) — tavaliselt >200 nukleotiidi, mitmesuguste regulatoorsete funktsioonidega.
• ekstra-RNA-d (exRNA), ring-RNA-d (circRNA) ja enhancer-RNA-d (eRNA) — erinevad regulaatorfunktsioonid ja potentsiaalsete biomarkeritena oluline roll.

Funktsioonid

Mittekodeerivad RNA-d osalevad molekulaarsetes protsessides, mis on hädavajalikud rakkude talitluseks. Peamised funktsioonid hõlmavad:

• Valgusünteesi mehhanismide toetus (tRNA, rRNA).
• Pre-mRNA töötlemine ja splicing (snRNA, snoRNA).
• Posttranskriptsiooniline geeniregulatsioon — mRNA degradatsioon ja translatsiooni inhibeerimine (miRNA, siRNA).
• Chromatiini struktuuri ja geenide transkriptsiooni regulatsioon (paljud lncRNA-d ja mõned piRNA-d).
• Genoomi kaitse transposoonide ja viiruste vastu (piRNA-d germiliinis).
• Scaffold- ja lõimimisfunktsioonid — ribonukleoproteiinide (RNP) komplektide moodustamine ja stabiliseerimine.
• RNA transport, lokaliseerimine ja stabiilsuse reguleerimine.

Biogenees ja töötlemine

Mittekodeerivad RNA-d sünteesitakse ja töödeldakse erinevalt sõltuvalt tüübist. Mõned põhipunktid:

• Nad transkribeeritakse peamiselt RNA polümeraasiga II (nt lncRNA, miRNA) või RNA polümeraasiga III (nt tRNA) sõltuvalt geenist.
• Paljud lühikesed regulatoorsed RNA-d (miRNA, siRNA) tekivad prekursoritest, mida lõikavad ensüümid Drosha ja Dicer enne liitumist RISC-kompleksiga.
• rRNA ja tRNA läbivad keerukaid lõikusi ja nukleotiidide kemilisi modifikatsioone, mida juhivad snoRNA-d ja seotud valgud.
• lncRNA-d võivad olla kaetud 5' kapi ja 3' poly(A)-sabadega ning neid võib spaltida nagu mRNA-sid, kuid nende funktsioon sõltub liigist ja lokaliseerumisest.

Leidmine, annotatsioon ja funktsiooni valideerimine

Uute ncRNA-de tuvastamiseks kasutatakse meetodeid nagu RNA-sekveneerimine (RNA-seq), qRT-PCR, Northern blot, in situ hübridisatsioon, samuti funktsionaalseid lähenemisi (geenide knockdown/knockout, reporter-süsteemid). Kuigi tensideni ulatuv hulk transkripte on täheldatud, ei tähenda see automaatselt funktsionaalsust — osa transkriptsioonist võib olla raja- ehk müraefekt. Seetõttu nõuab iga potentsiaalse ncRNA bioloogilise rolli kinnitamine experimendifakte.

Meditsiiniline tähtsus ja rakendused

Mittekodeerivad RNA-d on seotud paljude haiguste ja patoloogiliste protsessidega — näiteks vähk, neurodegeneratiivsed haigused, südame-veresoonkonna häired ja immuunsüsteemi häired. Mõned olulisemad aspektid:

• miRNA profiilid toimivad diagnostiliste ja prognoosiliste biomarkeritena.
• siRNA- ja antisense-teraapiad on arendamisel spetsiifiliste geenide vaigistamiseks (mõned siRNA-põhised ravimid on kliinilises kasutuses).
• lncRNA-d ja muud ncRNA-d võivad olla sihtmärgiks ravis või kasutada ravimimarkeritena.

Ajaloost ja märkused

Esimene mittekodeeriv RNA, mida põhjalikult analüüsiti, oli pagaripärjast leitud alaniini tRNA; selle struktuuri avalikustati 1965. aastal. Inimese genoomi ncRNA-de täpne arv ei ole veel teada — viimaste aastakümnete tehnoloogiline edasiminek on paljastanud tuhandeid uusi transkripte, kuid paljude nende funktsioon on alles selgitamisel. Seega tuleb uusi ncRNA-de anotatsioone ja väiteid nende funktsioonide kohta hinnata hoolikalt ja eksperimendiga kinnitada.

Küsimused ja vastused

K: Mis on mittekodeeriv RNA (ncRNA)?

K: Millised on mitte-kodeeriva RNA (ncRNA) mõned vähemkasutatavad sünonüümid?

K: Mis on sageli kasutatav termin lühikeste bakteriaalsete ncRNAde kohta?

K: Kuidas nimetatakse sageli DNA järjestust, millest mittekodeeriv RNA transkribeeritakse?

K: Millised on mõned näited mittekodeerivatest RNA-geenidest?

Küsimus: Kui palju on inimese genoomis ncRNAsid?

K: Milline on esimene analüüsitud mittekodeeriv RNA ja millal avaldati selle struktuur?

Otsing