Molekulaarbioloogia keskne dogma viitab sellele, et DNA sisaldab teavet kõigi meie valkude kodeerimiseks ja kolm erinevat tüüpi RNA-d tõlgivad selle koodi üsna passiivselt polüpeptiidideks. Eelkõige kannab messenger RNA (mRNA) valguplaani raku DNA-st selle ribosoomidesse, mis on "masinad", mis kontrollivad valgusünteesi. Seejärel kannab RNA (tRNA) sobivad aminohapped ribosoomi, et need uude valku liita. Samal ajal koosnevad ribosoomid ise peamiselt ribosomaalse RNA (rRNA) molekulidest.
Kuid poole sajandi jooksul pärast DNA struktuuri esmakordset väljatöötamist on teadlased õppinud, et RNA-l on palju suurem roll kui lihts alt valkude sünteesis osalemine. Näiteks on leitud, et mitut tüüpi RNA-d on katalüütilised, mis tähendab, et nad viivad läbi biokeemilisi reaktsioone samamoodi nagu ensüümid. Lisaks on leitud, et paljud teised RNA liigid mängivad keerulist reguleerivat rollilahtrid.
Seega mängivad RNA molekulid nii normaalsetes rakuprotsessides kui ka haigusseisundites mitmeid rolle. Tavaliselt nimetatakse neid RNA molekule, mis ei võta mRNA vormi, mittekodeerivateks, kuna need ei kodeeri valke. Mittekodeerivate mRNA-de osalemine paljudes regulatiivsetes protsessides. Nende levimus ja funktsioonide mitmekesisus viisid hüpoteesini, et "RNA maailm" võib eelneda DNA ja RNA funktsioonide arengule rakus, valkude biosünteesis osalemisele.
Mittekodeerivad RNA-d eukarüootides
Eukarüootides on mitut tüüpi mittekodeerivat RNA-d. Eelkõige edastavad nad RNA-d (tRNA) ja ribosomaalset RNA-d (rRNA). Nagu varem mainitud, mängivad nii tRNA kui ka rRNA mRNA translatsioonis valkudeks olulist rolli. Näiteks pakkus Francis Crick välja adapter-RNA molekulide olemasolu, mis võiksid seonduda mRNA nukleotiidi koodiga, hõlbustades seeläbi aminohapete ülekandmist kasvavatesse polüpeptiidahelatesse.
Hoaglandi jt töö. (1958) kinnitasid tõepoolest, et teatud osa raku RNA-st oli kovalentselt seotud aminohapetega. Hiljem viitas asjaolu, et rRNA osutus ribosoomide struktuurseks komponendiks, et sarnaselt tRNA-ga ei kodeeri ka rRNA.
Lisaks rRNA-le ja tRNA-le on eukarüootsetes rakkudes mitmeid teisi mittekodeerivaid RNA-sid. Need molekulid aitavad täita paljusid RNA olulisi energiasalvestamise funktsioone rakus, mis on endiselt loendatud ja määratletud. Neid RNA-sid nimetatakse sageli väikesteks regulatiivseteks RNA-deks (sRNA).eukarüootides on nad edasi klassifitseeritud mitmetesse alamkategooriatesse. Regulatoorsed RNA-d koos avaldavad oma toimet komplementaarse aluste sidumise, valkudega kompleksi moodustumise ja nende enda ensümaatilise aktiivsuse kombinatsiooni kaudu.
Väike tuuma-RNA
Üks oluline väikeste reguleerivate RNA-de alamkategooria koosneb molekulidest, mida tuntakse väikeste tuuma-RNA-dena (snRNA-dena). Need molekulid mängivad olulist rolli geenide reguleerimisel RNA splaissimise kaudu. SnRNA-sid leidub tuumas ja need on tavaliselt valkudega tihed alt seotud kompleksides, mida nimetatakse snRNP-deks (väikesed tuuma ribonukleoproteiinid, mida mõnikord nimetatakse "snurpsiks"). Kõige levinumad neist molekulidest on U1, U2, U5 ja U4/U6 osakesed, mis osalevad mRNA-eelses splaissimises küpse mRNA moodustamiseks.
MicroRNA
Teine teadlastele suurt huvi pakkuv teema on mikroRNA-d (miRNA-d), mis on umbes 22–26 nukleotiidi pikkused väikesed regulatoorsed RNA-d. MiRNA-de olemasolu ja nende kontraktiilsed funktsioonid RNA-d geeniregulatsioonis rakus avastati algselt nematoodil C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Alates nende miRNA-de avastamisest on neid tuvastatud paljudel teistel liikidel, sealhulgas kärbestel, hiirtel ja inimestel. Siiani on tuvastatud mitusada miRNA-d. Neid võib olla palju rohkem (He & Hannon, 2004).
MiRNA-d pärsivad geeniekspressiooni translatsiooni represseerimise teel. Näiteks C. elegansi, lin-4 ja let-7 poolt kodeeritud miRNA-d,seonduvad oma mRNA sihtmärkide 3'-mittetransleeritava piirkonnaga, takistades funktsionaalsete valkude moodustumist vastsete teatud arenguetappidel. Seni näib enamik uuritud miRNA-sid kontrollivat geeniekspressiooni, seondudes sihtmärk-mRNA-dega ebatäiusliku aluste sidumise ja sellele järgneva translatsiooni pärssimise kaudu, kuigi on täheldatud ka mõningaid erandeid.
Täiendavad uuringud näitavad, et miRNA-d mängivad olulist rolli ka vähi ja muude haiguste korral. Näiteks on miR-155 liik rikastatud Burkitti lümfoomist pärinevate B-rakkudega ja selle järjestus korreleerub ka teadaoleva kromosomaalse translokatsiooniga (DNA vahetus kromosoomide vahel).
Väike segav RNA
Väike segav RNA (siRNA) on teine RNA klass. Kuigi need molekulid on vaid 21–25 aluspaari pikad, töötavad nad ka geeniekspressiooni vaigistamiseks. Eelkõige saab kaheahelalise siRNA molekuli ühe ahela lisada kompleksi nimega RISC. See RNA-d sisaldav kompleks võib seejärel inhibeerida mRNA molekuli transkriptsiooni, millel on selle RNA komponendiga komplementaarne järjestus.
MiRNA-d tuvastati esm alt nende osalemise järgi RNA häiretes (RNAi). Need võisid areneda kaitsemehhanismina kaheahelaliste RNA viiruste vastu. SiRNA-d saadakse pikematest transkriptidest protsessis, mis on sarnane miRNA-de tekkega ja mõlemat tüüpi RNA töötlemine hõlmab sama ensüümiLõikaja. Tundub, et need kaks klassi erinevad oma repressioonimehhanismide poolest, kuid on leitud erandeid, mille puhul siRNA-de käitumine on tüüpilisem miRNA-dele ja vastupidi (He & Hannon, 2004).
Väike tuuma-RNA
Eukarüootses tuumas on nukleool struktuur, milles toimub rRNA töötlemine ja ribosoomide kokkupanek. Tuumaekstraktidest on eraldatud molekulid, mida nimetatakse väikesteks nukleolaarseteks RNA-deks (snoRNA-deks), kuna need on selles struktuuris rohkesti. Need molekulid töötavad rRNA molekulide töötlemiseks, mille tulemuseks on sageli spetsiifiliste nukleosiidide metüülimine ja pseudouridüülimine. Modifikatsioone vahendab üks kahest snoRNA klassist: C/D-box või H/ACA-box perekonnad, mis tavaliselt hõlmavad vastav alt metüülrühmade lisamist või uradiini isomerisatsiooni ebaküpsetes rRNA molekulides.
Mittekodeerivad RNA-d prokarüootides
Kuid eukarüootid ei ole turule toonud mittekodeerivaid RNA-sid, millel on RNA-de spetsiifilised regulatiivsed energiafunktsioonid rakus. Bakteritel on ka väikeste reguleerivate RNA-de klass. Bakteriaalsed rRNA-d osalevad protsessides, mis ulatuvad virulentsusest kuni üleminekuni kasvult statsionaarsesse faasi, mis tekib siis, kui bakter puutub kokku toitainete puudusega.
Üks näide bakteriaalsest rRNA-st on Escherichia coli-s leiduv 6S RNA. Seda molekuli on hästi iseloomustatud, selle esialgne sekveneerimine toimus 1980. aastal. 6S RNAon säilinud paljudes bakteriliikides, mis näitab olulist rolli geeniregulatsioonis.
RNA on näidanud, et see mõjutab RNA polümeraasi (RNAP) aktiivsust – molekuli, mis transkribeerib DNA-st RNA-d. 6S RNA inhibeerib seda aktiivsust, seondudes polümeraasi subühikuga, mis stimuleerib transkriptsiooni kasvu ajal. Selle mehhanismi kaudu inhibeerib 6S RNA geenide ekspressiooni, mis stimuleerivad aktiivset kasvu ja aitavad rakkudel siseneda statsionaarsesse faasi (Jabri, 2005).
Riboswitchid
Geeniregulatsiooni – nii prokarüootides kui ka eukarüootides – mõjutavad RNA regulatsioonielemendid, mida nimetatakse riboswitchideks (või RNA-lülititeks). Riboswitchid on RNA andurid, mis tuvastavad ja reageerivad keskkonna- või metaboolseid signaale ning mõjutavad seega geeniekspressiooni.
Selle rühma lihtsaks näiteks on temperatuurianduri RNA, mida leidub bakteriaalse patogeeni Listeria monocytogenes virulentsusgeenides. Kui see bakter siseneb peremeesorganismi, sulatab kõrgenenud temperatuur peremeesorganismis bakteriaalse prfA geeni poolt toodetud mRNA 5' transleerimata piirkonna segmendi sekundaarstruktuuri. Selle tulemusena toimuvad sekundaarses struktuuris muutused.
Täiendavad riboswitchid reageerivad mitmesuguste organismide kuuma- ja külmašokkidele ning reguleerivad ka metaboliitide, nagu suhkrud ja aminohapped, sünteesi. Kuigi riboswitchid näivad olevat levinumad prokarüootides, on palju neid leitud ka eukarüootsetes rakkudes.
