Molekulārās bioloģijas galvenā dogma liecina, ka DNS satur informāciju, lai kodētu visas mūsu olb altumvielas, un trīs dažādi RNS veidi šo kodu diezgan pasīvi pārvērš polipeptīdos. Jo īpaši ziņojuma RNS (mRNS) pārnēsā proteīna projektu no šūnas DNS uz tās ribosomām, kas ir "mašīnas", kas kontrolē olb altumvielu sintēzi. Pēc tam RNS (tRNS) pārnes atbilstošās aminoskābes uz ribosomu, lai tās iekļautu jaunā proteīnā. Tikmēr pašas ribosomas galvenokārt sastāv no ribosomu RNS (rRNS) molekulām.
Tomēr pusgadsimta laikā kopš DNS struktūras pirmās izstrādes zinātnieki ir uzzinājuši, ka RNS ir daudz lielāka loma nekā tikai līdzdalība proteīnu sintēzē. Piemēram, ir konstatēts, ka daudzi RNS veidi ir katalītiski, kas nozīmē, ka tie veic bioķīmiskās reakcijas tāpat kā fermenti. Turklāt ir konstatēts, ka daudzām citām RNS sugām ir sarežģītas regulējošas lomasšūnas.
Tādējādi RNS molekulām ir daudz lomu gan normālos šūnu procesos, gan slimības stāvokļos. Parasti tās RNS molekulas, kas nepieņem mRNS formu, sauc par nekodējošām, jo tās nekodē proteīnus. Nekodētu mRNS dalība daudzos regulējošos procesos. To izplatība un funkciju dažādība noveda pie hipotēzes, ka "RNS pasaule" varētu būt pirms DNS un RNS funkciju evolūcijas šūnā, līdzdalības proteīnu biosintēzē.
Nekodējošas RNS eikariotos
Eukariotos ir vairākas nekodējošas RNS šķirnes. Jo īpaši tie pārnes RNS (tRNS) un ribosomu RNS (rRNS). Kā minēts iepriekš, gan tRNS, gan rRNS spēlē svarīgu lomu mRNS pārvēršanā olb altumvielās. Piemēram, Frensiss Kriks ierosināja, ka pastāv adaptera RNS molekulas, kas varētu saistīties ar mRNS nukleotīdu kodu, tādējādi atvieglojot aminoskābju pārnešanu augošās polipeptīdu ķēdēs.
Hoagland u.c. darbs. (1958) patiešām apstiprināja, ka noteikta šūnu RNS daļa ir kovalenti saistīta ar aminoskābēm. Vēlāk fakts, ka rRNS izrādījās ribosomu strukturāla sastāvdaļa, liecināja, ka, tāpat kā tRNS, arī rRNS nekodē.
Papildus rRNS un tRNS, eikariotu šūnās ir arī vairākas citas nekodējošas RNS. Šīs molekulas palīdz veikt daudzas svarīgas RNS enerģijas uzkrāšanas funkcijas šūnā, kuras joprojām ir uzskaitītas un definētas. Šīs RNS bieži sauc par mazām regulējošām RNS (sRNS).eikariotos tie ir tālāk klasificēti vairākās apakškategorijās. Kopā regulējošās RNS iedarbojas, apvienojot komplementāru bāzu pārošanos, kompleksu veidošanu ar olb altumvielām un savu fermentatīvo aktivitāti.
Maza kodola RNS
Viena svarīga mazo regulējošo RNS apakškategorija sastāv no molekulām, kas pazīstamas kā mazās kodola RNS (snRNS). Šīm molekulām ir svarīga loma gēnu regulēšanā, izmantojot RNS splicēšanu. SnRNS ir atrodamas kodolā un parasti ir cieši saistītas ar proteīniem kompleksos, ko sauc par snRNP (mazie kodola ribonukleoproteīni, dažreiz saukti par "snurps"). Visizplatītākās no šīm molekulām ir U1, U2, U5 un U4/U6 daļiņas, kas ir iesaistītas pre-mRNS savienošanā, veidojot nobriedušu mRNS.
MicroRNA
Cita tēma, kas ļoti interesē pētniekus, ir mikroRNS (miRNS), kas ir mazas regulējošās RNS, kuru garums ir aptuveni 22 līdz 26 nukleotīdi. MiRNS esamība un to kontraktilās funkcijas RNS šūnā gēnu regulēšanā sākotnēji tika atklātas nematodē C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Kopš miRNS atklāšanas tās ir identificētas daudzās citās sugās, tostarp mušās, pelēs un cilvēkos. Līdz šim ir identificēti vairāki simti miRNS. Var būt daudz vairāk (He & Hannon, 2004).
Ir pierādīts, ka MiRNS inhibē gēnu ekspresiju, nomācot translāciju. Piemēram, miRNS, ko kodē C. elegans, lin-4 un let-7,saistās ar savu mRNS mērķu 3'-netranslēto reģionu, novēršot funkcionālo proteīnu veidošanos noteiktos kāpuru attīstības posmos. Līdz šim lielākā daļa pētīto miRNS, šķiet, kontrolē gēnu ekspresiju, saistoties ar mērķa mRNS, izmantojot nepilnīgu bāzu savienošanu un sekojošu translācijas inhibīciju, lai gan ir atzīmēti daži izņēmumi.
Papildu pētījumi liecina, ka miRNS arī ir svarīga loma vēža un citu slimību ārstēšanā. Piemēram, miR-155 suga ir bagātināta ar B šūnām, kas iegūtas no Bērkita limfomas, un tās secība arī korelē ar zināmu hromosomu translokāciju (DNS apmaiņa starp hromosomām).
Maza traucējoša RNS
Maza traucējošā RNS (siRNS) ir cita RNS klase. Lai gan šīs molekulas ir tikai 21 līdz 25 bāzes pārus garas, tās arī darbojas, lai apklusinātu gēnu ekspresiju. Jo īpaši vienu divpavedienu siRNS molekulas virkni var iekļaut kompleksā, ko sauc par RISC. Šis RNS saturošais komplekss var inhibēt tādas mRNS molekulas transkripciju, kurai ir RNS komponentam komplementāra secība.
MiRNS vispirms tika identificētas pēc to līdzdalības RNS traucējumos (RNAi). Tie, iespējams, ir attīstījušies kā aizsardzības mehānisms pret divpavedienu RNS vīrusiem. SiRNS tiek iegūti no garākiem transkriptiem procesā, kas līdzīgs tam, kurā rodas miRNS, un abu veidu RNS apstrāde ietver vienu un to pašu enzīmu. Kauliņu griezējs. Šķiet, ka abām klasēm ir atšķirīgi represijas mehānismi, taču ir konstatēti izņēmumi, kuros siRNS ir vairāk raksturīgas miRNS un otrādi (He & Hannon, 2004).
Maza kodola RNS
Eukariotu kodolā kodols ir struktūra, kurā notiek rRNS apstrāde un ribosomu montāža. Molekulas, ko sauc par mazām nukleolārajām RNS (snoRNS), ir izolētas no nukleolāriem ekstraktiem, ņemot vērā to pārpilnību šajā struktūrā. Šīs molekulas darbojas, lai apstrādātu rRNS molekulas, kas bieži izraisa specifisku nukleozīdu metilēšanu un pseidouridilāciju. Modifikācijas tiek veiktas ar vienu no divām snoRNS klasēm: C/D-box vai H/ACA-box saimes, kas parasti ietver attiecīgi metilgrupu pievienošanu vai urdīna izomerizāciju nenobriedušās rRNS molekulās.
Nekodējošās RNS prokariotos
Tomēr eikarioti nav virzījuši tirgu uz nekodējošām RNS ar specifiskām RNS regulējošām enerģijas funkcijām šūnā. Baktērijām ir arī mazu regulējošo RNS klase. Baktēriju rRNS ir iesaistītas procesos, sākot no virulences līdz pārejai no augšanas uz stacionāru fāzi, kas notiek, kad baktērija saskaras ar barības vielu trūkuma situāciju.
Viens baktēriju rRNS piemērs ir 6S RNS, kas atrodama Escherichia coli. Šī molekula ir labi raksturota, un tās sākotnējā sekvencēšana notika 1980. gadā. 6S RNSir saglabājies daudzās baktēriju sugās, norādot uz svarīgu lomu gēnu regulēšanā.
Ir pierādīts, ka RNS ietekmē RNS polimerāzes (RNAP) aktivitāti – molekulu, kas pārraksta RNS no DNS. 6S RNS kavē šo aktivitāti, saistoties ar polimerāzes apakšvienību, kas stimulē transkripciju augšanas laikā. Izmantojot šo mehānismu, 6S RNS inhibē gēnu ekspresiju, kas stimulē aktīvu augšanu un palīdz šūnām nonākt stacionārajā fāzē (Jabri, 2005).
Riboswitches
Gēnu regulējumu – gan prokariotos, gan eikariotos – ietekmē RNS regulējošie elementi, ko sauc par riboslēdžiem (vai RNS slēdžiem). Riboslēdži ir RNS sensori, kas nosaka vides vai vielmaiņas signālus un reaģē uz tiem un tādējādi ietekmē gēnu ekspresiju.
Vienkāršs šīs grupas piemērs ir temperatūras sensora RNS, kas atrodama baktēriju patogēna Listeria monocytogenes virulences gēnos. Kad šī baktērija nonāk saimniekorganismā, paaugstinātā temperatūra saimnieka ķermeņa iekšienē izkausē segmenta sekundāro struktūru mRNS 5' netulkotajā reģionā, ko ražo baktēriju prfA gēns. Tā rezultātā sekundārajā struktūrā notiek izmaiņas.
Ir pierādīts, ka papildu riboslēdži reaģē uz karstuma un aukstuma triecieniem dažādos organismos, kā arī regulē metabolītu, piemēram, cukuru un aminoskābju, sintēzi. Lai gan šķiet, ka riboslēdži biežāk sastopami prokariotos, daudzi ir atrasti arī eikariotu šūnās.
