RNA niekodujące (ncRNA) — definicja, rodzaje i funkcje

Poznaj definicję, rodzaje i funkcje RNA niekodujących (ncRNA) — od tRNA i rRNA po mikroRNA i lncRNA; odkryj ich rolę w genomie, regulacji genów i medycynie.

Niekodujący RNA (ncRNA) jest funkcjonalną cząsteczką RNA, która nie jest tłumaczona na białko. Rzadziej używanymi synonimami są: niekodujące białko RNA (npcRNA), nieposiadające komunikatora RNA (nmRNA) i funkcjonalne RNA (fRNA). Termin małe RNA (sRNA) jest często używany w odniesieniu do krótkich bakteryjnych ncRNA. Sekwencja DNA, z której transkrybowany jest niekodujący RNA, jest często nazywana "genem RNA".

Do genów niekodujących RNA zalicza się obfite i ważne RNA, takie jak transferowy RNA (tRNA) i rybosomalny RNA (rRNA), a także RNA takie jak snoRNA, mikroRNA, siRNA, snRNA, egzRNA i piRNA oraz długie niekodujące RNA (long ncRNA). Liczba ncRNA w ludzkim genomie jest nieznana. Jednak ostatnie badania sugerują istnienie tysięcy ncRNA. Ponieważ funkcja nowo zidentyfikowanych ncRNA nie została udowodniona, możliwe jest, że wiele z nich jest niefunkcjonalnych.

Pierwszym niekodującym RNA, który został poddany analizie był alaninowy tRNA występujący w drożdżach piekarskich. Jego struktura została opublikowana w 1965 roku.

Rodzaje niekodujących RNA

• tRNA (transferowy RNA) – uczestniczy w translacji, dostarczając aminokwasy do rybosomu.
• rRNA (rybosomalny RNA) – składowa rybosomów, katalizuje tworzenie wiązań peptydowych i zapewnia strukturę kompleksu translacyjnego.
• snRNA (small nuclear RNA) – bierze udział w splicingu pre-mRNA (składniki spliceosomu).
• snoRNA (small nucleolar RNA) – kieruje modyfikacjami chemicznymi rRNA i innych RNA w jąderku komórkowym.
• miRNA (mikroRNA) – krótkie RNA regulujące ekspresję genu poprzez hamowanie translacji lub degradację mRNA.
• siRNA (small interfering RNA) – uczestniczy w interferencji RNA i ochronie przed wirusami oraz transpozonami.
• piRNA – występują głównie w komórkach płciowych, tłumią aktywność elementów transpozonowych.
• lncRNA (długie niekodujące RNA) – >200 nukleotydów, pełnią różnorodne role regulacyjne na poziomie chromatyny, transkrypcji i posttranskrypcyjnym.
• circRNA (circular RNA) – koliste RNA powstające z back-splicingu, mogą działać jako „gąbki” na miRNA lub oddziaływać z białkami.
• exRNA / egzRNA – RNA obecne poza komórką, w płynach ustrojowych, potencjalne markery diagnostyczne.

Funkcje ncRNA

Funkcje niekodujących RNA są bardzo zróżnicowane i obejmują m.in.:

• bezpośredni udział w translacji i biogenezie rybosomów (tRNA, rRNA);
• splicing i przetwarzanie pre-mRNA (snRNA, snoRNA);
• regulację ekspresji genów na poziomie posttranskrypcyjnym (miRNA, siRNA) oraz na poziomie chromatyny i transkrypcji (wiele lncRNA);
• ochronę genomu przed elementami transpozonowymi (piRNA);
• organizację przestrzenną chromatyny i tworzenie kompleksów rybonukleoproteinowych (lncRNA jako rusztowania dla białek);
• transport informacji międzykomórkowej i rola diagnostyczna (egzRNA, circRNA).

Biogeneza i mechanizmy działania

ncRNA są transkrybowane przez różne polimerazy RNA (RNA polimeraza II lub III w eukariotach) i podlegają specyficznej obróbce i dojrzewaniu. Przykłady mechanizmów:

• miRNA – pierwotne transkrypty pri-miRNA są przetwarzane przez kompleksy Drosha/DGCR8 (jądro) i Dicer (cytozol) do ~22-nt miRNA, które ładują się do kompleksu RISC zawierającego białka Argonaute;
• siRNA – zwykle powstają z dwuniciowych RNA i wykorzystują Dicer oraz RISC do kierowania degradacji docelowego mRNA;
• piRNA – powstają w sposób niezależny od Dicer i współdziałają z proteinami z rodziny Piwi;
• lncRNA – działają jako czynniki rekrutujące białka modyfikujące chromatynę, jako „gąbki” dla miRNA, jako elementy strukturalne jądra komórkowego lub regulatorzy translacji i stabilności mRNA.

Metody identyfikacji i badania

Do badania ncRNA stosuje się zarówno techniki eksperymentalne, jak i bioinformatyczne:

• RNA-seq i small RNA-seq — wysokoprzepustowe sekwencjonowanie pozwala identyfikować i mierzyć poziomy ncRNA;
• RT-qPCR, Northern blot — walidacja i pomiar ekspresji poszczególnych ncRNA;
• CLIP, RIP — metody wykrywające bezpośrednie interakcje RNA–białko;
• in situ hybridization — lokalizacja RNA w tkankach i komórkach;
• CRISPR/Cas9, RNAi, antagomiry, mimiki miRNA — narzędzia do perturbacji funkcji ncRNA;
• modelowanie struktury drugorzędowej i analizy konserwacji ewolucyjnej — pomoc w przewidywaniu funkcjonalnych elementów.

Znaczenie w chorobach i zastosowania kliniczne

Niektóre ncRNA mają udowodniony udział w patogenezie chorób, m.in. nowotworów, chorób sercowo‑naczyniowych czy schorzeń neurologicznych. miRNA i lncRNA są badane jako:

• biomarkery diagnostyczne i prognostyczne (np. miRNA we krwi);
• możliwe cele terapeutyczne (antagomiry, mimiki miRNA, modulacja lncRNA);
• narzędzia do zrozumienia mechanizmów epigenetycznych i regulacji genów.

Należy jednak pamiętać, że wiele wykrywanych transkryptów może być produktem „szumu transkrypcyjnego” i nie mieć funkcji biologicznej — rozróżnienie między funkcjonalnym ncRNA a przypadkową transkrypcją wymaga rygorystycznych eksperymentów.

Ewolucja i liczba ncRNA

Liczba i różnorodność ncRNA różnią się między organizmami. W genomie ludzkim zidentyfikowano tysiące transkryptów niekodujących, jednak odsetek o potwierdzonej funkcji jest znacznie mniejszy. Kryteria świadczące o funkcjonalności to zachowanie sekwencji między gatunkami, specyficzna ekspresja tkankowa, dowody na oddziaływania z białkami lub RNA oraz fenotypy po utracie funkcji.

Krótka historia badań

Badania nad ncRNA mają długą historię: struktura tRNA została opublikowana w 1965 roku (wspomniany alaninowy tRNA drożdżowy), co dało podstawy rozumienia roli RNA w translacji. Odkrycie regulatorowych małych RNA, takich jak lin-4 (pierwsze mikroRNA) w C. elegans w latach 90. XX wieku oraz późniejsze odkrycia licznych miRNA i lncRNA zrewolucjonizowały postrzeganie RNA jako aktywnych regulatorów genetycznych, a nie jedynie przekaźników informacji do białka.

Podsumowując, niekodujące RNA stanowią różnorodną i kluczową klasę molekuł biologicznych o szerokim spektrum funkcji — od podstawowej roli w translacji po złożoną regulację ekspresji genów i organizację chromatyny. Badania nad ncRNA nadal szybko postępują, a wiele pytań dotyczących ich pełnej liczby i funkcji pozostaje otwartych.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest niekodujący RNA (ncRNA)?

P: Jakie są rzadziej używane synonimy niekodującego RNA (ncRNA)?

P: Jaki termin jest często używany w odniesieniu do krótkich bakteryjnych ncRNA?

P: Jak często nazywana jest sekwencja DNA, z której transkrybowany jest niekodujący RNA?

P: Jakie są przykłady niekodujących genów RNA?

P: Ile ncRNA znajduje się w ludzkim genomie?

P: Jaki jest pierwszy niekodujący RNA, który został przeanalizowany i kiedy opublikowano jego strukturę?

Szukaj według litery