Molekyylibiologian keskeinen dogma viittaa siihen, että DNA sisältää tiedon koodatakseen kaikkia proteiinejamme, ja kolme erilaista RNA-tyyppiä kääntävät tämän koodin polypeptideiksi melko passiivisesti. Erityisesti lähetti-RNA (mRNA) kuljettaa proteiinisuunnitelman solun DNA:sta sen ribosomeihin, jotka ovat "koneita", jotka ohjaavat proteiinisynteesiä. RNA (tRNA) siirtää sitten sopivat aminohapot ribosomiin sisällytettäväksi uuteen proteiiniin. Samaan aikaan itse ribosomit koostuvat pääasiassa ribosomaalisista RNA-molekyyleistä (rRNA).
Kuitenkin puolen vuosisadan aikana DNA:n rakenteen ensimmäisestä kehittämisestä tiedemiehet ovat oppineet, että RNA:lla on paljon suurempi rooli kuin vain osallistuminen proteiinisynteesiin. Esimerkiksi monen tyyppisten RNA:iden on havaittu olevan katalyyttisiä, mikä tarkoittaa, että ne suorittavat biokemiallisia reaktioita samalla tavalla kuin entsyymit. Lisäksi monilla muilla RNA-lajeilla on havaittu olevan monimutkaisia säätelyroolejasolut.
Näin ollen RNA-molekyylillä on lukuisia rooleja sekä normaaleissa soluprosesseissa että sairaustiloissa. Yleensä niitä RNA-molekyylejä, jotka eivät ota mRNA:ta, kutsutaan ei-koodaaviksi, koska ne eivät koodaa proteiineja. Ei-koodaavien mRNA:iden osallistuminen moniin säätelyprosesseihin. Niiden yleisyys ja toimintojen monimuotoisuus johtivat hypoteesiin, että "RNA-maailma" voisi edeltää DNA- ja RNA-toimintojen kehittymistä solussa, osallistumista proteiinien biosynteesiin.
Koodaamattomat RNA:t eukaryooteissa
Eukaryooteissa on useita ei-koodaavan RNA:n lajikkeita. Erityisesti ne siirtävät RNA:ta (tRNA) ja ribosomaalista RNA:ta (rRNA). Kuten aiemmin mainittiin, sekä tRNA:lla että rRNA:lla on tärkeä rooli mRNA:n translaatiossa proteiineihin. Esimerkiksi Francis Crick ehdotti adapteri-RNA-molekyylejä, jotka voisivat sitoutua mRNA-nukleotidikoodiin, mikä helpottaa aminohappojen siirtymistä kasvaviin polypeptidiketjuihin.
Hoaglandin et al. (1958) todellakin vahvisti, että tietty osa solun RNA:sta oli kovalenttisesti kytketty aminohappoihin. Myöhemmin se tosiasia, että rRNA osoittautui ribosomien rakennekomponentiksi, viittasi siihen, että tRNA:n tavoin myös rRNA ei koodaa.
rRNA:n ja tRNA:n lisäksi eukaryoottisoluissa on joukko muita ei-koodaavia RNA:ita. Nämä molekyylit auttavat monissa RNA:n tärkeissä energiaa varastoivissa toiminnoissa solussa, jotka ovat edelleen lueteltuja ja määriteltyjä. Näitä RNA:ita kutsutaan usein pieniksi säätely-RNA:iksi (sRNA:iksi).eukaryooteissa ne on edelleen luokiteltu useisiin alaluokkiin. Yhdessä säätelevät RNA:t saavat vaikutuksensa komplementaarisen emäsparin muodostumisen, proteiinien kanssa muodostuvan kompleksin ja oman entsymaattisen aktiivisuutensa yhdistelmän kautta.
Pieni ydin-RNA
Yksi tärkeä pienten säätelevien RNA:iden alaluokka koostuu molekyyleistä, jotka tunnetaan pieninä ydin-RNA:ina (snRNA:na). Näillä molekyyleillä on tärkeä rooli geenien säätelyssä RNA-silmukoinnin kautta. SnRNA:ita löytyy ytimestä, ja ne ovat yleensä tiiviisti assosioituneita proteiineihin komplekseissa, joita kutsutaan snRNP:iksi (pienet tuman ribonukleoproteiinit, joita joskus kutsutaan "snurpeiksi"). Yleisimmät näistä molekyyleistä ovat U1-, U2-, U5- ja U4/U6-partikkelit, jotka osallistuvat pre-mRNA:n silmukoitumiseen kypsän mRNA:n muodostamiseksi.
MicroRNA
Toinen tutkijoita kiinnostava aihe ovat mikroRNA:t (miRNA:t), jotka ovat pieniä sääteleviä RNA:ita, joiden pituus on noin 22-26 nukleotidia. MiRNA:iden olemassaolo ja niiden supistumistoiminnot Geenisäätelyssä olevat RNA:t löydettiin alun perin sukkulamatosta C. elegans (Lee et ai., 1993; Wightman et ai., 1993). MiRNA:iden löytämisen jälkeen niitä on tunnistettu monissa muissa lajeissa, mukaan lukien kärpäset, hiiret ja ihmiset. Tähän mennessä on tunnistettu useita satoja miRNA:ita. Voi olla monia muitakin (He & Hannon, 2004).
MiRNA:iden on osoitettu estävän geeniekspressiota estämällä translaatiota. Esimerkiksi C. elegansin, lin-4:n ja let-7:n koodaamat miRNA:t,sitoutuvat mRNA-kohteidensa transloimattomaan 3'-alueeseen, estäen toiminnallisten proteiinien muodostumisen tietyissä toukkien kehitysvaiheissa. Toistaiseksi useimmat tutkitut miRNA:t näyttävät säätelevän geenin ilmentymistä sitoutumalla kohde-mRNA:ihin epätäydellisen emäsparin ja sitä seuraavan translaation eston kautta, vaikka joitain poikkeuksia on havaittu.
Lisätutkimukset osoittavat, että miRNA:illa on myös tärkeä rooli syövässä ja muissa sairauksissa. Esimerkiksi miR-155-laji on rikastunut Burkittin lymfoomasta peräisin olevista B-soluista, ja sen sekvenssi korreloi myös tunnetun kromosomaalisen translokaation kanssa (DNA:n vaihto kromosomien välillä).
Pieni häiritsevä RNA
Pieni häiritsevä RNA (siRNA) on toinen RNA-luokka. Vaikka nämä molekyylit ovat vain 21-25 emäsparin pituisia, ne toimivat myös geenin ilmentymisen vaimentamiseksi. Erityisesti kaksijuosteisen siRNA-molekyylin yksi juoste voidaan sisällyttää RISC-nimiseen kompleksiin. Tämä RNA:ta sisältävä kompleksi voi sitten estää sellaisen mRNA-molekyylin transkription, jolla on komplementaarinen sekvenssi sen RNA-komponenttiin nähden.
MiRNA:t tunnistettiin ensin niiden osallistumisesta RNA-häiriöihin (RNAi). Ne ovat saattaneet kehittyä puolustusmekanismiksi kaksijuosteisia RNA-viruksia vastaan. SiRNA:t saadaan pidemmistä transkripteistä prosessissa, joka on samanlainen kuin se, jolla miRNA:ita esiintyy, ja molempien RNA-tyyppien prosessointiin liittyy sama entsyymiDicer. Nämä kaksi luokkaa näyttävät eroavan toisistaan tukahduttamismekanismeissaan, mutta poikkeuksia on löydetty, joissa siRNA:illa on miRNA:ille tyypillisempää käyttäytymistä ja päinvastoin (He & Hannon, 2004).
Pieni ydin-RNA
Eukaryoottisessa ytimessä tuma on rakenne, jossa rRNA:n prosessointi ja ribosomin muodostuminen tapahtuu. Molekyylejä, joita kutsutaan pieniksi nukleolaariseksi RNA:ksi (snoRNA:ksi), on eristetty nukleolaarisista uutteista, koska niitä on runsaasti tässä rakenteessa. Nämä molekyylit käsittelevät rRNA-molekyylejä, mikä usein johtaa spesifisten nukleosidien metylaatioon ja pseudouridylaatioon. Modifikaatioita välittää jompikumpi kahdesta snoRNA-luokasta: C/D-box- tai H/ACA-box-perheet, joihin tyypillisesti liittyy metyyliryhmien lisäys tai uradiini-isomerointi epäkypsissä rRNA-molekyyleissä, vastaavasti.
Koodaamattomat RNA:t prokaryooteissa
Eukaryootit eivät kuitenkaan ole ajaneet markkinoita koodaamattomiin RNA:ihin, joilla on RNA:iden spesifisiä säätelyenergiatoimintoja solussa. Bakteereilla on myös luokka pieniä sääteleviä RNA:ita. Bakteerien rRNA:t ovat mukana prosesseissa, jotka vaihtelevat virulenssista siirtymiseen kasvusta stationaarivaiheeseen, joka tapahtuu, kun bakteeri joutuu ravinteiden puutteeseen.
Yksi esimerkki bakteerien rRNA:sta on Escherichia colista löydetty 6S-RNA. Tämä molekyyli on karakterisoitu hyvin, ja sen ensimmäinen sekvensointi tapahtui vuonna 1980. 6S RNAon säilynyt monissa bakteerilajeissa, mikä osoittaa tärkeän roolin geenisäätelyssä.
RNA:n on osoitettu vaikuttavan RNA-polymeraasin (RNAP) aktiivisuuteen, molekyyliin, joka transkriptoi lähetti-RNA:ta DNA:sta. 6S RNA estää tätä aktiivisuutta sitoutumalla polymeraasialayksikköön, joka stimuloi transkriptiota kasvun aikana. Tämän mekanismin kautta 6S-RNA estää aktiivista kasvua stimuloivien geenien ilmentymistä ja auttaa soluja pääsemään stationäärivaiheeseen (Jabri, 2005).
Riboswitches
Geenisääntelyyn - sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa - vaikuttavat RNA-säätelyelementit, joita kutsutaan riboswitcheiksi (tai RNA-kytkimiksi). Riboswitchit ovat RNA-antureita, jotka havaitsevat ympäristön tai aineenvaihdunnan signaaleja ja reagoivat niihin ja vaikuttavat siten geenien ilmentymiseen.
Yksinkertainen esimerkki tästä ryhmästä on lämpötila-anturin RNA, joka löytyy bakteeripatogeenin Listeria monocytogenesin virulenssigeeneistä. Kun tämä bakteeri saapuu isäntään, isännän kehon sisällä oleva kohonnut lämpötila sulattaa bakteerin prfA-geenin tuottaman mRNA:n 5'-transloitumattoman alueen segmentin sekundaarisen rakenteen. Tämän seurauksena toissijaisessa rakenteessa tapahtuu muutoksia.
Muiden ribokytkinten on osoitettu reagoivan lämpö- ja kylmäshokkiin useissa eri organismeissa ja säätelevän myös metaboliittien, kuten sokereiden ja aminohappojen, synteesiä. Vaikka riboswitchit näyttävät olevan yleisempiä prokaryooteissa, monia on löydetty myös eukaryoottisoluista.
