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Drei Haupttypen von RNA sind an der Proteinsynthese beteiligt: Messenger-RNA (mRNA), Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA). Diese RNAs erfüllen verschiedene Funktionen und können grob in proteinkodierende und nicht-kodierende RNA eingeteilt werden. Nichtkodierende RNAs spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Genexpression als Reaktion auf Entwicklungs- und Umweltveränderungen. Nichtkodierende RNAs in Prokaryoten können manipuliert werden, um wirksamere antibakterielle Medikamente für den menschlichen oder tierischen Gebrauch zu entwickeln.
RNA erfüllt vielfältige, aber kooperative Funktionen
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass die DNA die Informationen enthält, die Proteine kodieren, und dass die RNA diese Informationen nutzt, um die Proteinsynthese zu steuern.
Messenger-RNA (mRNA) ist die proteinkodierende RNA. Es besteht aus Codons – Sequenzen aus drei Nukleotiden, die eine bestimmte Aminosäure kodieren. Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA) sind nicht-kodierende RNA. tRNA fungiert als Adaptermolekül, das die mRNA-Sequenz liest und Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge in der wachsenden Polypeptidkette platziert. rRNA und andere Proteine bilden das Ribosom – den Sitz der Proteinsynthese in der Zelle. Während der Translation bewegen sich Ribosomen entlang eines mRNA-Strangs, wo sie die Bindung von tRNA-Molekülen stabilisieren und die Bildung von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren katalysieren. Somit erfüllen verschiedene RNA-Typen während der Proteinsynthese spezifische, aber komplementäre Funktionen.
Nichtkodierende RNAs in Eukaryoten regulieren die Genexpression
Andere nichtkodierende RNAs als tRNA und rRNA galten zunächst als „genomischer Müll“, da sie keine Proteine kodierten. Ihre Rolle bei der Regulierung der Genexpression wurde jedoch erst in den letzten Jahrzehnten entdeckt und wird weiterhin intensiv erforscht. Aufgrund ihrer Länge können nichtkodierende RNAs in kleine regulatorische RNAs (< 100 Nukleotide) oder lange nichtkodierende RNAs (> 200 Nukleotide) eingeteilt werden.
Sowohl kleine regulatorische RNAs als auch lange nichtkodierende RNAs regulieren die Genexpression, indem sie verschiedene Phasen der Transkription und Translation verändern. Nicht-kodierende RNAs beeinflussen das mRNA-Spleißen – das Entfernen nicht-kodierender Segmente und das Zusammenfügen der proteinkodierenden Sequenzen. Auf diese Weise steuern sie die Bildung verschiedener Proteinvarianten aus einem einzigen Gen. Kleine regulatorische RNAs wie microRNAs (miRNAs) und kleine interferierende RNAs (siRNAs) binden an komplementäre Sequenzen auf der mRNA und hemmen die Proteinsynthese, indem sie entweder den Zugang der Translationsmaschinerie zur mRNA blockieren oder die mRNA selbst abbauen. Lange nichtkodierende RNAs interagieren mit Enzymen und rekrutieren diese, die DNA und Histone – Proteine, die dabei helfen, DNA in den Zellkern zu verpacken – chemisch modifizieren, um die Transkription entweder zu aktivieren oder zu unterdrücken.
