14.7: Rodzaje RNA

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Types of RNA
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

62,242 Views

01:23 min
March 11, 2019

Przegląd

W syntezie białek biorą udział trzy główne typy RNA: informacyjny RNA (mRNA), transferowy RNA (tRNA) i rybosomalny RNA (rRNA). Te RNA pełnią różne funkcje i można je ogólnie sklasyfikować jako RNA kodujące białka lub niekodujące. Niekodujące RNA odgrywają ważną rolę w regulacji ekspresji genów w odpowiedzi na zmiany rozwojowe i środowiskowe. Niekodującymi RNA u prokariontów można manipulować w celu opracowania skuteczniejszych leków przeciwbakteryjnych do stosowania u ludzi lub zwierząt.

RNA pełni różnorodne, ale kooperatywne funkcje podczas syntezy białek

Główny dogmat biologii molekularnej mówi, że DNA zawiera informację, która koduje białka, a RNA wykorzystuje tę informację do kierowania syntezą białek.

Informacyjny RNA (mRNA) to RNA kodujący białko. Składa się z kodonów – sekwencji trzech nukleotydów, które kodują określony aminokwas. Transferowy RNA (tRNA) i rybosomalny RNA (rRNA) są niekodującymi RNA. tRNA działa jak cząsteczka adaptorowa, która odczytuje sekwencję mRNA i umieszcza aminokwasy we właściwej kolejności w rosnącym łańcuchu polipeptydowym. rRNA i inne białka tworzą rybosom – siedlisko syntezy białek w komórce. Podczas translacji rybosomy poruszają się wzdłuż nici mRNA, gdzie stabilizują wiązanie cząsteczek tRNA i katalizują tworzenie wiązań peptydowych między aminokwasami. W ten sposób różne typy RNA pełnią specyficzne, ale uzupełniające się funkcje podczas syntezy białek.

Niekodujące RNA u eukariontów regulują ekspresję genów

Niekodujące RNA inne niż tRNA i rRNA były początkowo uważane za “śmieci genomowe”, ponieważ nie kodowały białek. Jednak ich rola w regulacji ekspresji genów została odkryta w ciągu ostatnich kilku dekad i nadal jest szeroko badana. Ze względu na ich długość, niekodujące RNA można sklasyfikować jako małe regulatorowe RNA ( 200 nukleotydów).

Zarówno małe regulatorowe RNA, jak i długie niekodujące RNA regulują ekspresję genów poprzez zmianę różnych etapów transkrypcji i translacji. Niekodujące RNA wpływają na splicing mRNA — usuwanie niekodujących segmentów białka i łączenie sekwencji kodujących białka. W ten sposób kontrolują powstawanie różnych wariantów białek z jednego genu. Małe regulatorowe RNA, takie jak mikroRNA (miRNA) i małe interferujące RNA (siRNA), wiążą się z komplementarnymi sekwencjami mRNA i hamują syntezę białek poprzez blokowanie dostępu maszynerii translacyjnej do mRNA lub degradację samego mRNA. Długie, niekodujące RNA oddziałują i rekrutują enzymy, które chemicznie modyfikują DNA i histony – białka, które pomagają pakować DNA do jądra – w celu aktywacji lub tłumienia transkrypcji.

Niekodujące RNA u prokariontów działają jak czujniki środowiskowe

Regulacja ekspresji genów za pośrednictwem RNA jest szeroko rozpowszechniona u bakterii. Sekwencje regulatorowe w mRNA – zwane ryboprzełącznikami – działają jak czujniki środowiskowe, wykrywając zmiany temperatury i poziomu składników odżywczych.

Regulacja oparta na ryboprzełącznikach polega na tworzeniu dwóch wzajemnie wykluczających się i stabilnych konformacji drugorzędowej struktury RNA. Struktura drugorzędowa przełącza się między dwiema konformacjami, aby włączyć lub wyłączyć ekspresję genów w odpowiedzi na zmiany środowiskowe. Na przykład, gdy bakteria Listeria monocytogenes infekuje gospodarza, wyższa temperatura ciała gospodarza rozkłada drugorzędową strukturę w regionie 5′ nieulegającym translacji bakteryjnego mRNA. Powoduje to odsłonięcie miejsca wiązania rybosomów w mRNA i zainicjowanie translacji białek, umożliwiając bakteriom życie i wzrost w organizmie gospodarza.

Ryboprzełącznikami można manipulować w celu opracowania skutecznych środków przeciwbakteryjnych

Niektóre ryboprzełączniki wykrywają produkty końcowe szlaków metabolicznych i służą jako elementy sterujące sprzężeniem zwrotnym dla transkrypcji lub translacji. Na przykład ryboprzełącznik pirofosforanu tiaminy reguluje biosyntezę tiaminy w bakteriach. Po zsyntetyzowaniu odpowiedniego stężenia tiaminy wiąże się ona z ryboprzełącznikiem i zmienia swoją konformację. Ta zmiana konformacji blokuje miejsce inicjacji translacji i zatrzymuje syntezę białek.

Związki, które strukturą bardzo przypominają tiaminę, są badane jako potencjalne środki przeciwbakteryjne. Leki te mają na celu wiązanie ryboprzełącznika pod nieobecność tiaminy i wywoływanie zmian konformacyjnych, które blokują translację białek wymaganych do biosyntezy tiaminy. Ponieważ bakterie nie będą w stanie wytworzyć tego składnika odżywczego, przestaną one rosnąć i ostatecznie umrą. Ponieważ ryboprzełączniki są częściej spotykane u prokariontów niż eukariontów, leki przeciwbakteryjne ukierunkowane na ryboprzełączniki miałyby minimalny negatywny wpływ na gospodarzy ssaków.