RNA
Typen und Funktionen der RNA
Von den vielen RNA-Typen sind die drei bekanntesten und am häufigsten untersuchten die Boten-RNA (mRNA), die Transfer-RNA (tRNA) und die ribosomale RNA (rRNA), die in allen Organismen vorkommen. Diese und andere Arten von RNAs führen in erster Linie biochemische Reaktionen aus, ähnlich wie Enzyme. Einige haben jedoch auch komplexe regulatorische Funktionen in den Zellen. Aufgrund ihrer Beteiligung an vielen Regulierungsprozessen, ihrer Häufigkeit und ihrer vielfältigen Funktionen spielen RNAs sowohl bei normalen zellulären Prozessen als auch bei Krankheiten eine wichtige Rolle.
Bei der Proteinsynthese transportiert die mRNA den genetischen Code von der DNA im Zellkern zu den Ribosomen, den Orten der Proteinübersetzung im Zytoplasma. Ribosomen bestehen aus rRNA und Protein. Die Proteinuntereinheiten der Ribosomen werden von der rRNA kodiert und im Nukleolus synthetisiert. Sobald sie vollständig zusammengebaut sind, wandern sie in das Zytoplasma, wo sie als Schlüsselregulatoren der Translation den von der mRNA übertragenen Code „lesen“. Eine Sequenz von drei stickstoffhaltigen Basen in der mRNA spezifiziert den Einbau einer bestimmten Aminosäure in die Sequenz, aus der das Protein besteht. Moleküle der tRNA (manchmal auch als lösliche oder Aktivator-RNA bezeichnet), die weniger als 100 Nukleotide enthalten, bringen die spezifizierten Aminosäuren zu den Ribosomen, wo sie zu Proteinen verknüpft werden.
Zusätzlich zu mRNA, tRNA und rRNA können RNAs grob in kodierende (cRNA) und nichtkodierende RNA (ncRNA) unterteilt werden. Es gibt zwei Arten von ncRNAs, haushaltende ncRNAs (tRNA und rRNA) und regulatorische ncRNAs, die weiter nach ihrer Größe unterteilt werden. Lange ncRNAs (lncRNA) haben mindestens 200 Nukleotide, während kleine ncRNAs weniger als 200 Nukleotide haben. Kleine ncRNAs werden in mikro-RNA (miRNA), kleine nukleare RNA (snoRNA), kleine nukleare RNA (snRNA), kleine interferierende RNA (siRNA) und PIWI-interacting RNA (piRNA) unterteilt.
Die miRNAs sind von besonderer Bedeutung. Sie sind etwa 22 Nukleotide lang und haben in den meisten Eukaryoten eine Funktion bei der Genregulation. Sie können die Genexpression hemmen (stilllegen), indem sie an die Ziel-mRNA binden und die Translation hemmen, wodurch verhindert wird, dass funktionelle Proteine produziert werden. Viele miRNAs spielen bei Krebs und anderen Krankheiten eine wichtige Rolle. So können beispielsweise Tumorsuppressor- und onkogene (krebsauslösende) miRNAs bestimmte Zielgene regulieren, was zur Tumorentstehung und zum Fortschreiten des Tumors führt.
Ebenfalls von funktioneller Bedeutung sind die piRNAs, die etwa 26 bis 31 Nukleotide lang sind und in den meisten Tieren vorkommen. Sie regulieren die Expression von Transposons (springenden Genen), indem sie die Transkription der Gene in den Keimzellen (Spermien und Eizellen) verhindern. Die meisten piRNA sind komplementär zu verschiedenen Transposons und können spezifisch auf diese Transposons abzielen.
Die zirkuläre RNA (circRNA) unterscheidet sich von anderen RNA-Typen dadurch, dass ihre 5′- und 3′-Enden miteinander verbunden sind, wodurch eine Schleife entsteht. Die circRNAs werden von vielen proteinkodierenden Genen gebildet, und einige können, ähnlich wie mRNA, als Vorlage für die Proteinsynthese dienen. Sie können auch miRNA binden und als „Schwämme“ fungieren, die miRNA-Moleküle daran hindern, an ihre Ziele zu binden. Darüber hinaus spielen circRNAs eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Transkription und des alternativen Spleißens der Gene, von denen circRNAs abgeleitet wurden.