Nekódujúca RNA (ncRNA): definícia, typy, funkcie a význam v genomike

Nekódujúca RNA (ncRNA): prehľad typov, funkcií a význam v genomike — od tRNA a rRNA po mikroRNA a dlhé ncRNA, ich úloha, objavy a dopad na výskum.

Nekódujúca RNA (ncRNA) je funkčná molekula RNA, ktorá sa neprekladá do proteínu. Menej používané synonymá sú neproteín kódujúca RNA (npcRNA), nemessengerová RNA (nmRNA) a funkčná RNA (fRNA). Pre krátke bakteriálne ncRNA sa často používa termín malá RNA (sRNA). Sekvencia DNA, z ktorej sa nekódujúca RNA prepisuje, sa často nazýva "RNA gén".

Typy nekódujúcich RNA

Gény nekódujúcich RNA zahŕňajú hojné a dôležité RNA, ako sú transferová RNA (tRNA) a ribozomálna RNA (rRNA); ďalej sem patria krátke regulačné molekuly aj dlhé transkripty s regulačnými a štrukturálnymi funkciami, napríklad snoRNA, mikroRNA, siRNA, snRNA, exRNA, piRNA a dlhé nekódujúce RNA (dlhé ncRNA, často označované ako lncRNA).

Bežné kategórie podľa dĺžky a funkcie:

• Malé ncRNA (zvyčajne < 200 nukleotidov): mikroRNA (miRNA), siRNA, piRNA, snoRNA, snRNA, sRNA u baktérií.
• Dlhé nekódujúce RNA (lncRNA; ≥ 200 nukleotidov): často regulátory transkripcie, chromatinových stavov alebo posttranskripčných procesov.
• Housekeeping RNA: tRNA a rRNA, nevyhnutné pre proteosyntézu a bunkovú funkciu.
• Extracelulárne RNA (exRNA): RNA v exozómoch alebo iných extracelulárnych vezikuloch, dôležité pre bunkovú komunikáciu a potenciálne biomarkery.

Funkcie nekódujúcich RNA

ncRNA vykonávajú široké spektrum funkcií v bunke:

• Účasť na translácii a proteosyntéze (rRNA, tRNA).
• Spracovanie pre-mRNA a zostrih (snRNA a splicingové komplexy).
• Chemické modifikácie rRNA a tRNA (snoRNA riadia metyláciu a pseudouridyláciu).
• Posttranskripčná regulácia génovej expresie (miRNA a siRNA potláčajú expresiu mRNA via RNAi mechanizmus).
• Regulácia chromatínu, imprintingu a inaktivácie chromozómov (niektoré lncRNA, napr. XIST pri inaktivácii X-chromozómu).
• Ochrana genómu pred transpozónmi v pohlavných bunkách (piRNA).
• Bunková komunikácia a vzdialená signalizácia prostredníctvom exRNA.

Biogenéza a mechanizmy pôsobenia

ncRNA vznikajú transkripciou z DNA podobne ako mRNA, ale často podliehajú špecifickému spracovaniu (klinozovanie, trimovanie, modifikácie nukleotidov). Niektoré pôsobia viazaním sa k mRNA a blokovaním translácie alebo podporou degradácie; iné interagujú s proteínmi, riadia ich lokalizáciu alebo aktivitu, alebo tvoria súčasť ribonukleoproteínových komplexov (RNP).

Význam v genomike a medicíne

Počet ncRNA v ľudskom genóme nie je presne známy; nedávne transkriptómové štúdie naznačujú existenciu tisícov rôznych nepriatomných transkriptov, pričom o mnohých z nich ešte nie je známa funkcia. V genomike sú ncRNA dôležité preto, že rozširujú regulačnú sieť génovej expresie a prispejú k komplexite eukaryotických organizmov.

V medicíne sa nekódujúce RNA skúmajú ako:

• Biomarkery ochorení (miRNA a exRNA v krvi alebo moči).
• Ciele pre terapeutické zásahy (antagomíry proti miRNA, modulátory lncRNA, RNAi terapie).
• Faktory v patogenéze rakoviny, kardiovaskulárnych a neurodegeneratívnych chorôb — dysregulácia ncRNA môže viesť k poruche regulácie génov.

Metódy identifikácie a funkčného overenia

Nekódujúce RNA sú identifikované pomocou techník ako RNA-sekvencovanie (RNA-seq, vrátane small RNA-seq), tilingové mikročipy, cRIP/CLIP na mapovanie interakcií RNA-proteín, Northern blot, qRT-PCR a in situ hybridizácia. Funkcia sa overuje experimentmi typu knockdown/knockout (siRNA, antisense oligonukleotidy, CRISPR-Cas systémy), prenosovými a reporter assay, ako aj štúdiami interakcií s proteínmi a chromozómami.

Kritické otázky a perspektívy

Existuje diskusia, ktoré z novo objavených transkriptov sú biologicky funkčné a ktoré predstavujú transkripčný šum. Robustné experimentálne dôkazy (konzervácia medzi druhmi, špecifická regulácia, molekulárne mechanizmy) sú potrebné na potvrdenie funkcie. Budúce smery zahŕňajú detailnejšie mapovanie interakcií ncRNA, ich priestorovo-časovej expresie a vývoja terapeutík cieliacich na ncRNA.

Prvou nekódujúcou RNA, ktorá sa analyzovala, bola alanínová tRNA nájdená v pekárskych kvasinkách. Jej štruktúra bola uverejnená v roku 1965, čo položilo základy pre pochopenie sekundárnej a terciárnej štruktúry funkčných RNA a pre ďalší intenzívny rozvoj štúdia RNA v molekulárnej biológii.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je nekódujúca RNA (ncRNA)?

Otázka: Aké sú niektoré menej používané synonymá pre nekódujúcu RNA (ncRNA)?

Otázka: Aký termín sa často používa pre krátke bakteriálne ncRNA?

Otázka: Ako sa často nazýva sekvencia DNA, z ktorej sa transkribuje nekódujúca RNA?

Otázka: Aké sú príklady nekódujúcich RNA génov?

Otázka: Koľko ncRNA sa nachádza v ľudskom genóme?

Otázka: Ktorá nekódujúca RNA bola analyzovaná ako prvá a kedy bola publikovaná jej štruktúra?

Hľadajte podľa písmena