Ei-koodaava RNA (ncRNA): määritelmä, tyypit ja merkitys

Tutustu ei-koodaavaan RNA:han (ncRNA): sen määritelmä, tärkeimmät tyypit (miRNA, siRNA, lncRNA, tRNA, rRNA) ja merkitys geenien säätelyssä ja sairauksissa.

Ei-koodaava RNA (ncRNA) on toiminnallinen RNA-molekyyli, jota ei käännetä proteiiniksi. Termistöön kuuluu myös vähemmän käytettyjä nimityksiä, kuten ei-proteiinikoodaava RNA (npcRNA), ei-messenger RNA (nmRNA) ja funktionaalinen RNA (fRNA). Lyhyistä bakteerien ncRNA:ista käytetään usein termiä pieni RNA (sRNA). DNA-jaksoa, josta ei-koodaava RNA transkriboituu, kutsutaan usein "RNA-geeniksi".

Yleiskuva ja merkitys

Ei-koodaavat RNA:t eivät koodaa proteiineja, mutta niillä on keskeisiä tehtäviä solussa. Ne osallistuvat muun muassa proteiinisynteesin säätelyyn, ribosomien rakenteeseen, lähetti-RNA:n silmukointiin ja muokkaukseen, geenien ilmentymisen säätelyyn ja kromatiinin muotoiluun. Monilla ncRNA:illa on myös rooli puolustuksessa, esimerkiksi transposonien ja virusten vastaisessa toiminnassa.

Keskeiset tyypit

• tRNA (siirtorNA): toimii aminohappojen kuljettajana transloinnin aikana. (linkki termiin: siirtorNA:ta)
• rRNA (ribosomaalinen RNA): ribosomin rakennusosa ja katalyyttinen komponentti proteiinisynteesissä.
• snRNA (small nuclear RNA): osallistuu pre-mRNA:n silmukointiin ja spliceosomin toimintaan. (snRNA:ita)
• snoRNA (small nucleolar RNA): ohjaa rRNA:n ja muiden RNA:iden kemiallisia muokkauksia (metylaatio, pseudouridinylaatio).
• miRNA (mikroRNA): säätelee geenin ilmentymistä post-transkriptionaalisesti mRNA:n hajoituksen tai transloinnin eston kautta.
• siRNA (small interfering RNA): osallistuu RNA-interferenssiin ja geenien hiljentämiseen (siRNA:ita).
• piRNA: toimivat erityisesti sukusoluissa ja suojaavat genomia transposoneilta.
• exRNA (ekstrasellulaarinen RNA): vapautuu solusta ja voi välittää viestejä solujen välillä.
• lncRNA (pitkät ei-koodaavat RNA:t): yli ~200 nukleotidin mittaisia, moninaisia toimintoja kuten transkription säätely, kromatiinin muokkaus ja alustan tarjoaminen proteiini-RNA -komplekseille.
• bakteerit: lyhyistä bakteerien ncRNA:ista käytetään usein nimitystä sRNA (bakteerien).

Biogeneesi ja prosessointi

ncRNA:t syntetisoidaan DNA:sta RNA-polymeraasien toimesta. Eri luokat voivat syntyä RNA-polymeraasi II:n tai III:n toimesta riippuen tyypistä. Monia pieniä RNA:ita prosessoidaan suuremmista esiasteista: esimerkiksi mikroRNA:t syntyvät esimuodossa, joka leikataan Drosha- ja Dicer-entsyymien avulla kypsäksi miRNA:ksi. Pitkät ncRNA:t voivat sisältää splicing- ja polyadenylyoimismerkkejä samanlaisin mekanismein kuin proteiinia koodaavat transkriptit.

Toiminnallisuuden osoittaminen ja haasteet

Viimeaikaiset laajamittaiset transkriptomitutkimukset ovat paljastaneet tuhansia mahdollisia ncRNA-transkriptteja, mutta kaikkien näiden toiminnallisuus ei ole automaattisesti selvää. Koska äskettäin tunnistettujen ncRNA:iden toimintaa ei ole osoitettu, on mahdollista, että osa niistä edustaa transkriptioääntä (transcriptional noise) tai lyhytaikaisia, ei-funktionaalisia transkripteja. Toiminnallisuuden arvioinnissa käytetään tyypillisesti seuraavia kriteereitä:

• evolutiivinen säilyneisyys (konservaatio)
• spesifinen ilmaisu joko kudoksessa, kehitysvaiheessa tai solutyypissä
• kohtaisten in vitro- tai in vivo -häirintäkokeiden (knockdown/knockout) vaikutus fenotyyppiin tai geenin ilmentymiseen
• fysikaalinen vuorovaikutus proteiinien tai muiden RNA:iden kanssa (esim. CLIP-, RIP- tai pulldown-analyysit)

Tutkimusmenetelmät

ncRNA:iden löytämiseen ja karakterisointiin käytetään mm. seuraavia menetelmiä: RNA-sekvensointi (RNA-seq), pien-RNA-seq, RT-qPCR, Northern blot, in situ -hybridisaatio, CRISPR-pohjaiset funk­tionaaliset screenit sekä proteiini-RNA -vuorovaikutuskokeet (esim. CLIP). Bioinformatiikka auttaa ennustamaan rakenteita, kohde-mRNA:ita ja konservoituneita elementtejä.

Biologinen ja lääketieteellinen merkitys

ncRNA:t osallistuvat solujen perustapahtumiin ja säätelyverkostoihin. Niiden häiriöt liittyvät moniin sairauksiin, kuten syöpiin, sydän- ja verisuonitauteihin sekä neurologisiin häiriöihin. Esimerkiksi tietyt miRNA:t toimivat onkogeenisesti tai tumorinvastaisina ja voivat olla diagnostiikan tai hoidon kohteita. Lisäksi eksosomaalinen exRNA voi toimia biomarkkerina ja matkaparina soluista toiseen välitettävälle informaatiolle.

Esimerkki ja historiallinen huomio

Ensimmäinen analysoitu ei-koodaava RNA oli leivontahiivasta löytynyt alaniini-tRNA. Sen kolmiulotteinen rakenne julkaistiin vuonna 1965, ja se toimi varhaisena mallina RNA:n rakenteen ja toiminnan tutkimukselle.

Kaiken kaikkiaan ei-koodaavat RNA:t muodostavat monimuotoisen ja biologisesti merkittävän osan genomin ilmentymistä. Tutkimuksen edetessä niiden tarkat roolit ja sovellukset lääketieteessä selkiytyvät edelleen.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on ei-koodaava RNA (ncRNA)?

K: Mitä vähemmän käytettyjä synonyymejä ei-koodaavalle RNA:lle (ncRNA) on?

K: Mitä termiä käytetään usein lyhyistä bakteerien ncRNA:ista?

K: Mikä on usein nimitys sille DNA-sekvenssille, josta ei-koodaava RNA transkriboituu?

K: Mitkä ovat esimerkkejä ei-koodaavista RNA-geeneistä?

Kysymys: Kuinka monta ncRNA:ta ihmisen genomissa on?

K: Mikä on ensimmäinen analysoitu ei-koodaava RNA ja milloin sen rakenne julkaistiin?

Hae kirjaimella