Nekodējošā RNS (ncRNS): definīcija, tipi un funkcijas genomā

Uzziniet par nekodējošo RNS (ncRNS): definīciju, galvenajiem tipiem (miR, siR, tRNS, rRNS, lncRNA) un to nozīmi genomā un šūnu regulācijā.

Nekodējošā RNS (ncRNS) ir funkcionāla RNS molekula, kas netiek tulkota olbaltumvielā. Mazāk lietotie sinonīmi ir ne-proteīnu kodējošā RNS (npcRNA), ne-ziņotāja RNS (nmRNA) un funkcionālā RNS (fRNA). Terminu mazā RNS (sRNS) bieži lieto īsām baktēriju ncRNS apzīmēšanai. DNS sekvenci, no kuras tiek pārrakstīta nekodējošā RNS, bieži sauc par RNS gēnu.

Nekodējošo RNS gēni ietver tādas bagātīgas un svarīgas RNS kā transfēra RNS (tRNS) un ribosomālā RNS (rRNS), kā arī tādas RNS kā snoRNS, mikroRNS, siRNS, snRNS, exRNS un piRNS un garās nekodējošās RNS (garās ncRNS). NcRNS skaits cilvēka genomā nav zināms. Tomēr jaunākie pētījumi liecina, ka pastāv tūkstošiem ncRNS. ^{, bet skat.} Tā kā nesen identificēto ncRNS funkcija nav pierādīta, iespējams, ka daudzas no tām nav funkcionālas.

Pirmā analizētā nekodētā RNS bija alanīna tRNS, kas atrasta maizes raugā. Tās struktūra tika publicēta 1965. gadā.

Tipi un klasifikācija

• Mažas nekodējošās RNS (sRNS) — parasti <200 nukleotīdu garas. Tajās ietilpst:
  • tRNS un rRNS — “housekeeping” RNS ar būtisku lomu proteīnu sintēzē.
  • miRNS (mikroRNS) — ~22 nt garas RNS, kas regulē gēnu ekspresiju, bloķējot translāciju vai veicinot mRNS degradāciju.
  • siRNS — īsas dubultvirziena RNS, iesaistītas RNA interferencē un antivīrusu aizsardzībā.
  • snRNS — saistītas ar splicing aparātu (spliceosomu) un pre-mRNS apstrādi.
  • snoRNS — virza rRNS un citu RNS ķīmiskās modifikācijas (pseudouridilāciju, metilāciju).
  • piRNS — lielākas (24–31 nt) un galvenokārt spermatogēnēzes laikā no transpozonu aktivitātes aizsargājošas.
  • exRNS — extracelulāras RNS, kas cirkulē asinīs vai izdalās eksosomos un var kalpot par biomarķieriem.
• Garās nekodējošās RNS (lncRNS) — parasti >200 nukleotīdu garas. Tās var darboties kā:
  • molekulārie “skafoldi” vai saistvielas (scaffold), kas savieno vairākas olbaltumvielas vai RNS kompleksus;
  • gidu molekulas (guide), kas novirza proteīnus uz noteiktām genomiskajām vietām;
  • deķi vai decoy, kas saista un neitralizē transkripcijas faktorus vai miRNS;
  • enhancer RNS (eRNS), kas veicina tuvumā esošo gēnu aktivāciju.

Funkcijas genomā un šūnā

• Gēnu ekspresijas regulācija — ncRNS regulē transkripciju, hromatīna struktūru un epigenētiskās modifikācijas (piem., X hromatīnas inaktivācija ar XIST), kā arī post-transkripcijas mehānismus (miRNS–mRNS mijiedarbība).
• RNS apstrāde un ribosomu funkcija — rRNS un tRNS ir būtiskas translācijai; snoRNS nodrošina rRNS modificēšanu un nobriešanu.
• Pre-mRNS splicing — snRNS veido spliceosomas sastāvdaļas un regulē izteiksmju variabilitāti (alternative splicing).
• Transpozonu un vīrusu kontrole — piRNS un siRNS sistēmas ierobežo transpozonu aktivitāti un var piedalīties antivīrusu aizsardzībā.
• Šūnu signālinga un attīstības loma — daudzas lncRNS darbojas specifiski audos vai attīstības fāzēs un iesaistās diferenciācijā, šūnu migrācijā un sinaptiskajā funkcijā.
• Biomarkeri un slimību saistība — izmaiņas ncRNS ekspresijā ir saistītas ar vēzi, kardiovaskulārām un neirodeģeneratīvām slimībām; exRNS un miRNS tiek pētītas kā diagnostikas marķieri.

Biogeneze un noteikšana

Nekodējošās RNS var tikt transkribētas no interģenisko zonu, introniem, enhanceriem vai antisensu virzienā esošām sekvencēm. To biogeneze un nobriešana bieži izmanto speciālus procesus (piem., Drosha/Dicer apstrāde miRNS gadījumā). Identifikācijai un raksturošanai izmanto metodes kā:

• augstas caurlaides RNA-seq un īpaši mazu RNS sekvencēšana;
• klīniskās hibridizācijas mikroshēmas;
• CLIP un RIP metodes, lai noteiktu RNS–olbaltumvielu mijiedarbības;
• RACE un strukturālā analīze, lai precizētu transkripta galu un sekundāro struktūru;
• funkcionālie testi — knockdown/knockout (siRNA, ASO, CRISPR), pārejas ekspresijas analīze.

Funkcionalitātes pierādījumi un anotācijas izaicinājumi

Nav pietiekami vienkārši noteikt, vai identifikēts transkripts ir funkcionāls vai tikai transkripcijas „troksnis”. Kritēriji funkcionalitātes noteikšanai parasti ietver:

• konservāciju starp sugām;
• audus vai attīstības fāzi specifisku ekspresiju;
• molekulāru mijiedarbību ar proteīniem vai citiem RNS;
• fenotipa izmaiņas pēc traucējumiem (knockdown/knockout).

Tāpēc, lai gan cilvēka genomā atklāti tūkstošiem ncRNS, daļa no tiem var būt ne-funkcionāla vai ar ierobežotu bioloģisku nozīmi.

Evolūcija un nozīme medicīnā

Nekodējošās RNS piedalās evolūcijas procesā gan kā jaunu regulējošu slāņu izveidotājas, gan kā elementu, kas ierobežo genomu nestabilitāti. Klīniski, ncRNS ir saistītas ar daudzām slimībām — to ekspresijas profili var sniegt diagnostisku vai prognostisku informāciju, un ncRNS mērķēšana ir jauna terapeitiskā stratēģija (piem., miRNS modulācija vai lncRNS inhibīcija).

Kopsavilkums

Nekodējošā RNS ir plaša un daudzveidīga molekulu grupa, kuras funkcijas svārstās no fundamentālām (tRNS, rRNS) līdz smalkai regulācijai (miRNS, lncRNS). Lai gan daudzas ncRNS funkcijas ir labi izpētītas, daudz kas joprojām jānoskaidro: īpaši attiecībā uz to, cik no identificētajiem transkriptiem ir bioloģiski nozīmīgi un kā tos vislabāk izmantot diagnostikā un terapijā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir nekodējošā RNS (ncRNS)?

J: Kādi ir daži mazāk lietoti nekodējošās RNS (ncRNS) sinonīmi?

J: Kāds ir biežāk lietotais termins īsām baktēriju ncRNS?

J: Kā bieži sauc DNS sekvenci, no kuras tiek pārrakstīta nekodējošā RNS?

J: Kādi ir daži nekodējošo RNS gēnu piemēri?

Jautājums: Cik daudz ncRNS ir cilvēka genomā?

J: Kāda ir pirmā analizētā nekodējošā RNS un kad tika publicēta tās struktūra?

Meklēt pēc burta