Funkcije rnk u ćeliji: skladištenje, energija, kontraktil

Centralna dogma molekularne biologije pretpostavlja da DNK sadrži informacije za kodiranje svih naših proteina i tri različite vrste RNK prilično pasivno pretvaraju ovaj kod u polipeptide. Konkretno, glasnička RNK (mRNA) prenosi plan proteina iz DNK ćelije u njene ribosome, koji su "mašine" koje kontrolišu sintezu proteina. RNK (tRNA) zatim prenosi odgovarajuće aminokiseline u ribosom radi inkorporacije u novi protein. U međuvremenu, sami ribosomi se uglavnom sastoje od molekula ribosomske RNK (rRNA).

Međutim, u pola stoljeća koje je prošlo od kada je struktura DNK prvi put razvijena, naučnici su saznali da RNK igra mnogo veću ulogu od pukog učešća u sintezi proteina. Na primjer, utvrđeno je da su mnoge vrste RNK katalitičke, što znači da provode biohemijske reakcije na isti način kao i enzimi. Pored toga, utvrđeno je da mnoge druge varijante RNK obavljaju složene regulatorne uloge u ćelijama.

Dakle, molekuli RNK igraju brojne uloge kako u normalnim ćelijskim procesima tako i u bolnim uslovima. Obično se oni molekuli RNK koji ne imaju oblik mRNA nazivaju nekodirajućim, jer ne kodiraju proteine. Učešće nekodirajućih mRNA u mnogim regulatornim procesima. Njihova prevalencija i raznolikost funkcija doveli su do hipoteze da bi "Svijet RNK" mogao prethoditi evoluciji DNK i RNK funkcija u ćeliji, učešćem u biosintezi proteina.

Nekodirajuće RNK u eukariota

Postoji nekoliko varijanti nekodirajuće RNK kod eukariota. Najvažnije, oni nose RNK (tRNA) i ribosomsku RNK (rRNA). Kao što je ranije spomenuto, i tRNA i rRNA igraju važnu ulogu u translaciji mRNA u proteine. Naprimjer, Francis Crick je predložio postojanje adaptivnih molekula RNK koje bi se mogle vezati za nukleotidni kod mRNA, čime se olakšava prijenos aminokiselina u rastuće polipeptidne lance.

The work of Hoagland et al. (1958) je zaista potvrdio da je određeni dio ćelijske RNK kovalentno vezan za aminokiseline. Kasnije je činjenica da se rRNA pokazala kao strukturna komponenta ribosoma sugerirala da, poput tRNA, rRNA također ne kodira.

Pored rRNA i tRNA, u eukariotskim ćelijama postoji niz drugih nekodirajućih RNK. Ovi molekuli pomažu u mnogim važnim funkcijama skladištenja energije RNK u ćeliji, koje se još uvijek nabrajaju i određuju. Ove RNK se često nazivaju male regulatorne RNK (SRNA), a kod eukariota su dalje klasificirane u brojne potkategorije. Zajedno, regulatorne RNK pokazuju svoje efekte kombinacijom komplementarnog uparivanja baza, kompleksacije sa proteinima i vlastite enzimske aktivnosti.

Male nuklearne RNK

Jedna važna potkategorija malih regulatornih RNK sastoji se od molekula poznatih kao male nuklearne RNK (snrna). Ovi molekuli igraju važnu ulogu u regulaciji gena spajanjem RNK. snrnnk se nalaze u jezgri i obično su blisko povezane sa proteinima u kompleksima zvanim snRNPs (mali nuklearni ribonukleoproteini, koji se ponekad nazivaju i "snurps"). Najčešći od ovih molekula su čestice U1, U2, U5 i U4 / U6, koje učestvuju u spliciranju pre-iRNK da bi se formirala zrela mRNK.

microRNA

Druga tema od velikog interesa za istraživače su mikroRNK (mikroRNK), koje su male regulatorne RNK dugačke otprilike 22 do 26 nukleotida. Postojanje mirna i njihove kontraktilne funkcije RNK u ćeliji u regulaciji gena u početku su otkrivene kod nematoda C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Od njihovog otkrića mirna, identificirane su kod mnogih drugih vrsta, uključujući muhe, miševe i ljude. Do sada je identifikovano nekoliko stotina mikroRNA. Možda postoji mnogo više (on & Hannon, 2004).

pokazalo se da mikroRNK inhibiraju ekspresiju gena potiskivanjem translacije. Na primjer, mirne kodirane sa C. elegans, lin-4 I let-7 se vežu za 3 ` - neprevedeno područje svojih mRNA ciljeva, sprečavajući stvaranje funkcionalnih proteina u određenim faze razvoja ličinki. Čini se da do sada većina proučavanih mikroRNA kontrolira ekspresiju gena vezivanjem za ciljeve mRNA kroz nesavršeno uparivanje baza i naknadnu inhibiciju translacije, iako su zabilježeni neki izuzeci.

Dodatne studije pokazuju da mikroRNK takođe igraju važnu ulogu u raku i drugim bolestima. Na primjer, vrsta miR-155 obogaćena je B ćelijama izvedenim iz Burkittovog limfoma, a njen slijed također korelira s poznatom hromozomskom translokacijom (razmjena DNK između hromozoma).

Male ometajuće RNK

Male interferirajuće RNK (mirna) predstavljaju drugu klasu RNK. Iako su ovi molekuli dugi samo 21 do 25 parova baza, oni također rade na suzbijanju ekspresije gena. Konkretno, jedan lanac dvolančane molekule miRNA može biti uključen u kompleks nazvan RISC. Ovaj kompleks koji sadrži RNK tada može inhibirati transkripciju molekule mRNA koja ima komplementarnu sekvencu svojoj RNK komponenti.

miRNK su prvi put identifikovane njihovim učešćem u RNA interferenciji (RNAi). Mogli bi se razviti kao odbrambeni mehanizam od dvolančanih RNK virusa. siRNK su izvedene iz dužih transkripata u procesu sličnom onom kojim se javljaju miRNK, a RNK obrada oba tipa uključuje isti enzim, Dicer. Čini se da se ove dvije klase razlikuju po mehanizmima represije, ali pronađeni su izuzeci u kojima sirna pokazuju ponašanje tipičnije za mirna, i obrnuto (He & Hannon, 2004).

Male Nukleolarne RNK

Unutar eukariotskog jezgra, nukleolus je struktura u kojoj se odvijaju rRNA obrada i ribosomski sklop. Molekule zvane male nukleolarne RNK (snoRNAs) su izolovane iz nukleolarnih ekstrakata zbog njihovog obilja u ovoj strukturi. Ovi molekuli funkcionišu da obrađuju rRNA molekule, što često dovodi do metilacije i pseudouridilacije specifičnih nukleozida. Modifikacije su posredovane jednom od dvije klase snorna: C/D-box ili h / Aca-box porodice, koje obično uključuju dodavanje metilnih grupa ili izomerizaciju uradina u nezrele rRNA molekule, respektivno.

Nekodirajuće RNK u prokariota

Međutim, eukarioti nisu pokrenuli tržište u nekodirajuće RNK sa specifičnim regulatornim energetskim funkcijama RNK u ćeliji. Bakterije također posjeduju klasu malih regulatornih RNK. Bakterijske rRNK su uključene u procese u rasponu od virulencije do prelaska iz rasta u stacionarnu fazu, koja se javlja kada se bakterija suoči sa situacijom kao što je deprivacija nutrijenata.

Jedan primjer bakterijske rRNA je 6S RNK pronađena u Escherichia coli. Ovaj molekul je dobro okarakterisan, njegovo početno sekvenciranje dogodilo se 1980. godine. 6S RNK je konzervirana u mnogim bakterijske vrste, , ukazujući na njegovu važnu ulogu u regulaciji gena.

Pokazalo se da RNK utiče na aktivnost RNK polimeraze (RNCP), molekula koji transkribuje RNK glasnika iz DNK. 6S RNK inhibira ovu aktivnost vezivanjem za podjedinicu polimeraze koja stimuliše transkripciju tokom rasta. Zahvaljujući ovom mehanizmu, 6S RNK inhibira ekspresiju gena koji stimulišu aktivan rast i pomaže ćelijama da uđu u stacionarnu fazu (Jabri, 2005).

Riboswitches

Na regulaciju gena — i kod prokariota i kod eukariota-utiču regulatorni elementi RNK koji se nazivaju prekidači (ili RNK prekidači). Riboswitches su RNK senzori koji detektuju i reaguju na životne sredine ili metaboličke signale i, shodno tome, utiču na ekspresiju gena.

Jednostavan primjer ove grupe je termički senzor RNK koji se nalazi u genima virulencije bakterijskog patogena Listeria monocytogenes. Kada ova bakterija uđe u domaćina, povećana temperatura unutar tijela domaćina topi sekundarnu strukturu segmenta u 5 ` - netranslatiranoj regiji mRNA koju proizvodi bakterijski prfa Gen. Kao rezultat, dolazi do promjena u sekundarnoj strukturi.

Pokazalo se da dodatni ribosvičevi reaguju na toplotne i hladne udare u različitim organizmima, kao i da regulišu sintezu metabolita kao što su šećeri i aminokiseline. Iako se čini da su ribosavici češći kod prokariota, mnogi od njih pronađeni su i u eukariotskim stanicama.