Nekodirajoča RNA (ncRNA): definicija, vrste in vloga v genomu

Nekodirajoča RNK (ncRNA) je funkcionalna molekula RNK, ki se ne prevede v beljakovino. Manj uporabljene sopomenke so neproteinsko kodirajoča RNA (npcRNA), neporočilna RNA (nmRNA) in funkcionalna RNA (fRNA). Za kratke bakterijske ncRNA se pogosto uporablja izraz majhna RNA (sRNA). Zaporedje DNK, iz katerega se nekodirajoča RNK prepiše, se pogosto imenuje "RNK gen".

Nekodirajoči RNA geni vključujejo obilne in pomembne RNA, kot sta prenosna RNA (tRNA) in ribosomalna RNA (rRNA); tudi RNA, kot so snoRNA, mikroRNA, siRNA, snRNA, exRNA in piRNA ter dolge nekodirajoče RNA (dolge ncRNA). Število ncRNA v človeškem genomu ni povsem znano, vendar nedavne študije kažejo, da jih obstaja na tisoče. Vendar pa je treba biti previden: ker delovanje mnogih novo opredeljenih ncRNA ni bilo eksperimentalno potrjeno, je mogoče, da nekatere predstavljajo transkripte brez funkcije.

Prva nekodirajoča RNK, ki je bila podrobno analizirana, je bila alanin tRNA, najdena v pekovskem kvasu. Njeno zaporedje in sekundarna struktura v obliki »deteljastega« (cloverleaf) pregiba sta bili objavljeni leta 1965; delo Roberta W. Holleyja in sodelavcev je pomembno prispevalo k razumevanju strukture in funkcije tRNA.

Vrste nekodirajočih RNA

• tRNA (prenosna RNA) – omogočajo dostavo aminokislin do ribosoma med prevajanjem.
• rRNA (ribosomalna RNA) – glavni gradniki ribosomov, katalizirajo tvorbo peptidne vezi in zagotavljajo strukturo ribosoma.
• miRNA (mikroRNA) – kratke (~21–23 nt) molekule, ki regulirajo stabilnost in prevajanje ciljnih mRNA preko RISC kompleksa.
• siRNA (small interfering RNA) – sodelujejo v RNA interferenci (RNAi) in lahko povzročijo ciljno razgradnjo mRNA.
• snRNA (small nuclear RNA) – delek spliceosoma, sodelujejo pri prepisu in procesuiranju pre-mRNA (špodbujejo izrezovanje intronov).
• snoRNA (small nucleolar RNA) – vodijo kemične modifikacije rRNA in nekaterih snRNA (metilacije, pseudouridinizacije).
• piRNA (PIWI-interacting RNA) – so vključenec v zaščito germinalnega genoma pred transpozoni pri živalskih vrstah.
• exRNA (ekstracelularna RNA) – izločene v veziklih ali vezane na proteine ter služijo kot signalne molekule med celicami.
• Dolge nekodirajoče RNA (lncRNA) – običajno daljše od 200 nt; delujejo kot regulatorji izražanja genov, kot scaffoldi za proteinske komplekse, decoy molekule in v uravnavanju kromatina.
• sRNA – izraz za majhne ncRNA pri bakterijah, ki uravnavajo transkripte in poteče prevajanje.

Funkcije

• Uravnavanje izražanja genov na transkripcijski in post-transkripcijski ravni (miRNA, lncRNA, sRNA).
• Strukturna in katalitična vloga v prevajanju in sestavi ribosomov (rRNA, tRNA).
• Procesiranje in urejanje pre-mRNA (snRNA, snoRNA).
• Obramba genoma pred mobilnimi elementi (piRNA) ter izključevanje tujih sekvenc preko RNAi (siRNA).
• Epigenetska regulacija z vodenjem kromatinskih modifikacij in s tem vplivom na transkripcijo (nekateri lncRNA).
• Medcelično signaliziranje in potencial kot biomarkerji v telesnih tekočinah (exRNA).

Biogeneza in mehanizmi delovanja

Nekodirajoče RNA so lahko transkribirane z RNA polimerazo II ali III (odvisno od tipa) ter dalje procesirane (npr. drobljenje pri miRNA, modifikacije pri tRNA in rRNA). Mnoge kratke ncRNA delujejo preko komplementarnega prepletanja z ciljnih RNA in vključevanja v proteinske komplekse (npr. RISC), medtem ko dolge ncRNA pogosto služijo kot povezovalna ali usmerjevalna struktura za beljakove komplekse.

Metode odkrivanja in funkcionalne validacije

• RNA-seq (globoko sekvenciranje RNK) za odkrivanje in kvantifikacijo transkriptov.
• Northern blot, RT-qPCR za preverjanje prisotnosti in dolžine transkriptov.
• CLIP-seq, RIP-seq za identifikacijo interakcij RNA–protein.
• Knockdown/knockout pristopi (siRNA, shRNA, CRISPRi/CRISPR-Cas) za preučevanje funkcije.
• In situ hibridizacija in celična frakcija za prostorsko določanje ekspresije.

Klinični pomen in aplikacije

ncRNA so povezane z mnogimi boleznimi, vključno z rakom, nevrodegenerativnimi in srčno-žilnimi boleznimi. MikroRNA in druge ncRNA se preučujejo kot možni biomarkerji za diagnozo in prognostiko, pa tudi kot terapevtski tarči (npr. antimiR, miRNA mimetiki). Prav tako se raziskujejo vlogo lncRNA v metastaziranju ter rezistenci na zdravljenje.

Izzivi in prihodnje smeri

• Ločevanje funkcionalnih ncRNA od transkriptnih šumov in »promoter-associated« nespecifičnih transkriptov.
• Potrditev mehanizmov delovanja in identifikacija ciljev za številne novo odkriti transkripti.
• Razvijanje natančnih tehnologij za modulacijo ncRNA v terapevtske namene.

Skupno lahko rečemo, da so nekodirajoče RNA ključni del regulacije genoma in celične biologije. Njihova raznovrstnost, način nastanka in mehanizmi delovanja še naprej predstavljajo intenzivno raziskovalno področje z velikimi potenciali za razumevanje zdravja in bolezni.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je nekodirajoča RNA (ncRNA)?

V: Katere so nekatere manj uporabljene sopomenke za nekodirajočo RNA (ncRNA)?

V: Kakšen izraz se pogosto uporablja za kratke bakterijske ncRNA?

V: Kako se pogosto imenuje zaporedje DNK, iz katerega se prepiše nekodirajoča RNK?

V: Kateri so nekateri primeri nekodirajočih genov RNK?

V: Koliko ncRNA je v človeškem genomu?

V: Katera je prva nekodirajoča RNK, ki je bila analizirana, in kdaj je bila objavljena njena struktura?

Išči po črki