Некодиращи РНК (ncRNA): видове, функции и значение в генома

Некодиращи РНК (ncRNA): видове, функции и значение в генома — научете за микроРНК, дълги нкРНК, тРНК, рРНК и ролите им в регулацията, диагностиката и изследванията.

Некодиращата РНК (ncRNA) е функционална молекула РНК, която не се превръща в протеин. По-малко използвани синоними са некодираща белтъците РНК (npcRNA), некодираща месинджър РНК (nmRNA) и функционална РНК (fRNA). Терминът "малка РНК" (sRNA) често се използва за къси бактериални ncRNA. ДНК последователността, от която се транскрибира некодираща РНК, често се нарича "РНК ген".

Некодиращите РНК гени включват изобилни и важни молекули като трансферната РНК (тРНК) и рибозомната РНК (рРНК); наред с тях са и множество регулаторни и структурни РНК като сноРНК, микроРНК, сиРНК, снРНК, ексРНК и пиРНК, както и дългите некодиращи РНК (дълги нкРНК или lncRNA). Броят на ncRNA в човешкия геном не е окончателно установен — резултати от високопроходими транскриптомни анализи показват хиляди транскрипти, някои от които вероятно изпълняват важни функции, докато други може да са транскрипционен шум. Поради това за всеки новооткрит ncRNA е необходима допълнителна функционална верификация.

Първата некодираща РНК, която беше изследвана последователно, беше аланинова тРНК, открита при хлебната мая. Нейната нуклеотидна последователност и триизмерна структура бяха описани през 1965 г. (работата на Робърт Холъй и сътрудници), което откри пътя за разбирането на ролята на РНК в транслацията и в клетъчната биология като цяло.

Основни видове и техните функции

• rRNA (рибозомни РНК) — структурни и каталитични компоненти на рибозомите, необходими за синтеза на протеини.
• tRNA (трансферни РНК) — пренасят аминокиселини до рибозомата и разчитат кодоните на mRNA по време на транслацията.
• miRNA (микроРНК) — къси (~21–22 нуклеотида) молекули, които регулират транскрипцията и транслацията чрез свързване с mRNA и индукция на деградация или инхибиране на превода; биогенезата им често включва ензимите Drosha и Dicer и участието на RISC-комплекс.
• siRNA (интерферентни РНК) — подобни на miRNA по дължина, участват в посттранскрипционната генна тишина и защитата срещу вируси и транспозони.
• piRNA — по-дълги (~24–31 нуклеотида) РНК, активни главно в зародишните клетки, свързани с белтъци от семейството Argonaute и важни за потискане на транспозони и поддържане на геномната стабилност.
• snoRNA и scaRNA — малки ядрени/сноподобни РНК, които водят химически модификации (метилиране, псевуридинизация) на rRNA и snRNA.
• snRNA — компоненти на сплайсосомата, участващи в сплайсинга на прекурсорните mRNA.
• lncRNA (дълги некодиращи РНК) — обикновено >200 нуклеотида; имат разнообразни роли в регулацията на генното изразяване, организации на хроматина, дейността на транскрипционни фактори и междумолекулни взаимодействия.
• circRNA (кръгови РНК) — образуват циркулярни молекули, устойчиви на екзонуклеази; някои действат като "гъби" за miRNA или модулират функцията на белтъци.

Механизми на действие

ncRNA могат да действат чрез множество механизми: базирано на комплементарност свързване с други РНК за регулиране на стабилност и превод; образуване на рибонуклеопротеинови комплекси; насочване на ензими за химически модификации; водене на хроматинови промени и епигенетична регулация; както и структурни роли в макромолекулни комплекси. Много ncRNA изпълняват роли в клетъчния отговор на стрес, развитие, диференциация и имунен отговор.

Биогенеза и регулация

Некодиращите РНК могат да се транскрибират от различни типове промотори и да се обработват чрез специфични ензими (например процесинг на pri-miRNA до pre-miRNA от Drosha и по-нататъшно рязане от Dicer). Други се образуват чрез сплайсинг на прекурсорни транскрипти или чрез обратна транскрипция/циклично свързване. Регулацията на експресията им е тясно свързана с клетъчния тип, стадия на развитие и външни сигнали.

Методи за откриване и функционално валидиране

Идентифицирането на ncRNA се извършва чрез:

• високопропускливи технологии като RNA-seq, специални библиотеки за малки РНК;
• класически методи: northern blot, RT-qPCR;
• функционални подходи: генна инактивация или намеса (CRISPR/Cas9, RNAi, antisense oligonucleotides), надекспресия и биохимични анализи (CLIP, RIP) за определяне на взаимодействия.

Значение за човешкото здраве и приложения

ncRNA играят роля при множество заболявания: рак (онкогенни или супресорни miRNA/lncRNA), невродегенеративни и сърдечно-съдови заболявания, както и вирусни инфекции. Някои ncRNA служат като диагностични маркери в кръвта или тъканите. Терапевтични подходи вече използват siRNA или анти-сензни олигонуклеотиди за таргетиране на специфични РНК, а разработки за модифициране на lncRNA и miRNA са в клинични и пре-клинични изпитвания.

Критерии за функционалност и еволюция

Не всеки транскрипт има доказана биологична функция — за да бъде считан за функционален, ncRNA обикновено трябва да покаже консервация в еволюцията, експресионна специфичност, молекулни взаимодействия и фенотипни ефекти при нарушаване. Еволюционно, някои ncRNA са силно консервативни (rRNA, tRNA), докато много регулаторни ncRNA са по-слабо консервативни, позволявайки бърза адаптация на регулаторните мрежи.

Заключение: Некодиращите РНК представляват разнообразна и функционално важна част от транскриптома. Те изпълняват ключови структурни, каталитични и регулаторни роли, имат голямо значение за здравето и болестите и са активна област на изследване с нарастващи диагностични и терапевтични приложения.

Въпроси и отговори

В: Какво е некодираща РНК (ncRNA)?

В: Кои са някои по-малко използвани синоними на некодираща РНК (ncRNA)?

В: Какъв е терминът, който често се използва за късите бактериални ncRNA?

В: Как често се нарича ДНК последователността, от която се транскрибира некодираща РНК?

В: Какви са някои примери за некодиращи РНК гени?

Въпрос: Колко ncRNA има в човешкия геном?

В: Коя е първата некодираща РНК, която е анализирана, и кога е публикувана нейната структура?

Търсене по буква