Kodlamayan RNA

Kodlamayan RNA, proteine çevirisi yapılmayan işlevsel bir RNA molekülüdür. İngilizce literatürde non-coding RNA'nın kısaltması olan ncRNA olarak anılırlar, daha az sıklıkla kullanılan diğer adları non-protein-coding RNA (npcRNA; protein kodlamayan RNA), non-messenger RNA (nmRNA; mesajcı olmayan RNA), small non-messenger RNA (snmRNA; küçük mesajcı olmayan RNA), functional RNA (fRNA; işlevsel RNA). Küçük RNA (İngilizce small RNA veya sRNA) terimi bakterilerde kullanılır. Kodlamayan RNA'nın yazıldığı DNA dizileri RNA geni veya kodlamayan RNA geni olarak adlandırılır.

Kodlamayan RNA'lar arasında, taşıyıcı RNA, ribozomal RNA gibi yaygın ve işlevsel olarak önemli RNA'ların yanı sıra, snoRNA'lar, mikroRNA'lar, siRNA'lar ve piRNA'lar sayılabilir. Gen kodlamayan RNA'ların bir cinsi olan uzun ncRNA'ların bazı örnekleri olarak Xist ve HOTAIR gösterilebilir (ncRNA'ların daha ayrıntılı bir listesi için RNA'lar listesine bakınız). İnsan genomunda ncRNA'ların sayısı bilinmemektedir, ancak yakın zamanda elde edilen bulgular binlerce ncRNA'nın var olduğunu göstermektedir. Yeni tespit edilmiş ncRNA'ların çoğunun işlevi belirlenmemiş olduğu için birçoğunun işlevsel olmaması mümkündür.

Kodlamayan RNA'lar birkaç gruba ayrılmıştır ve çeşitli hücresel süreçlerde yer alırlar. Bazıları merkezî bir öneme sahiptir ve, tüm veya çoğu canlılarda korunmuştur. Diğerleri kısa ömürlüdür ve ancak birbirine yakın ilişkili bazı türlerde görülür. Daha yaygın olarak korunmuş ncRNA'ların son ortak ata ve RNA dünyasından moleküler fosil veya kalıntılar oldukları düşünülür.

Korunmuş, gerekli ve yaygın ncRNA'ların çoğu çevrim süreci ile ilişkilidirler. Ribozom olarak adlandırılan ribonükleoprotein (RNP) tanecikler hücrede çevrimin gerçekleştiği 'fabrika'lardır. Ribozom'un %60'ı ribozomal RNA'dan oluşur, bunlar prokaryotlarda 3 ncRNA, ökaryotlarda 4 ncRNA'dan oluşur. Ribozomal RNA'lar nükleotit dizilerin proteine çevrimini katalizler. Bir diğer ncRNA türü taşıyıcı RNA'dır, bunlar mRNA ile inşa edilen proteinler arasında 'adaptör molekül' oluştururlar. H/ACA kutusu ve c/D kutusu snoRNA'lar, arke ve ökaryotlarda bulunur, RNaz MRP ise ökaryotlarla sınırlıdır, bu ncRNA'ların her ikisi de rRNA'nın olgunlaşmasında rol oynarlar. snoRNA'lar rRNA, tRNA ve snRNA'ların kovalent değişimine kılavuzluk ederler, RNAz MRP, beraber transkripsiyonu yapılan 18S ve 5.8S rRNA'lar arasındaki aralığı keser. RNaz P, RNaz MRP'nin evrimsel akrabasıdır. RNaz P, öncül tRNA'ların 5' lider bölgelerindeki dizi elemanlarını keserek olgun tRNA'ların oluşmasını sağlar. SRP olarak adlandırılan bir diğer yaygın RNP, yeni oluşmuş belli proteinleri tanıyıp bunları, ökaryotlar durumunda endoplazmik retikuluma, prokaryotlar durumunda ise plazma zarına taşır. Bakterilerde Taşıyıcı-mesajcı RNA (tmRNA) tökezlemiş ribozomları kurtarılmasıyla ilşkili bir RNP'dir, eksik sentezlenmiş polipeptitleri etiketler ve bozuk RNA'nın yıkımına önayak olur.

Bazı intronlar öncül transkriptten çıkarılmalarını kendileri katalizler, bunlara öz-uçbirleştirici RNA denir. Öz-uçbirleştirici RNA'ların iki ana grubu vardır, bunlar grup I katalitik intron ve grup II katalitik intronlardır. Bu ncRNA'lar, çoğu organızmada mRNA, tRNA ve rRNA prekürsörlerinden kendi kendilerinin çıkartılmalarını katalizler.

Yüksek ökaryotlarda mikroRNA'lar (miRNA'lar) gen ifadesini düzenler. Tek bir miRNA yüzlerce genin ifade düzeyini azaltabilir. Olgun miRNA moleküllerin etki mekanizması mRNA molekülleri ile kısmî komplemantarite yoluyla, genelde 3' UTR bölgesinde olur. miRNA'ların ana işlevi gen ifadesini aşağı düzenlemektir.

RNaz P de gen ifadesine etki eden bir ncRNA'dır. İnsan hücrelerinin çekirdeğinde RNaz polimeraz III tarafından yazılan çeşitli ncRNA'ların normal ve verimli transkripsiyonu için RNaz P gereklidir. Bunların arasında tRNA, 5S rRNA, Sinyal tanıma taneciği RNA'sı ve U6 snRNA genleri bulunur. RNaz P, Pol III ve aktif tRNA ve 5S rRNA genlerinin kromatini ile birleşerek transkripsiyon üzerindeki etkisini gösterir.

7SK RNA adlı bir metazoan ncRNA türü, RNA polimeraz II uzama faktörü P-TEFb'nin bir negatif düzenleyicisi olarak etki ettiği ve bu etkinliğin stres tepki yolağı (stress response pathway) tarafından etkilendiği gösterilmiştir.

Bakteriyel bir ncRNA olan 6S RNA, sigma70 spesifisite faktörünü içeren RNA polimeraz holoenzimi ile birleşir. Bu etkileşim sonucu, bakteriyel büyümenin duraklama evresinde (stationary phase) sigma70-bağımlısı promotörlerden gen ifadesini bastırır.

B2 RNA, RNA polimeraz III tarafından üretilen küçük bir transkripttir, ısı şokuna tepki olarak fare hücrelerinde mRNA transkripsiyonunu bastırır. B2 RNA, çekirdek (core) Pol II'ye bağlanarak promotörde bir başlama-öncesi kompleksi oluşturur ve RNA sentezini bloke eder.

ncRNA dizilerinin transkripsiyonunun gen ekspresiyonuna etki ettiği gösterilmiştir. Schizosaccharomyces pombe mayasında RNA polimeraz II tarafından ncRNA'ların transkripsiyonu kromatinin yeniden şekillenmesi için gereklidir. ncRNA türlerinin transkripsiyonu yapıldıkça kromatin daha "açık" bir biçim alır.

Bazı Protein kodlayan genlerin 5' UTR bölgelerinde ncRNA'lar bulunur, bunlar çeşitli yollardan ifadeye etki eder. Örneğin, bir ribo-anahtar, bir küçük hedef moleküle doğrudan bağlanıp genin etkinliğini değiştirebilir.

Amino asit biyosentetik operonlarının ilk geninin ön tarafında (akış yukarısında) RNA lider dizileri bulunur. Bu RNA dizi elemanları, iki farklı yapı oluşturabilir, ayrıca ribozom tarafından çevrilince operonun son ürünü olan amino asitten çok sayıda bulunduran kısa peptit diziler kodlar. Düzenleyici amino asitten bol miktarda bulunduğu ve ribozomun hareketi engellenmediği zamanlarda, RNA'nın bu bölgesinde bir RNA polimerazı durduran bir sonlandırıcı yapı oluşur. Buna karşın, düzenleyici amino asiti taşıyan yüklü tRNA'dan yeterli miktarda yoksa, lider peptit çevrimini yapmakta olan ribozom "tökezler" ve bir anti-sonlandırıcı yapı oluşur. Bu yeni oluşan yapı RNA polimerazın operonun transkripsiyonunu yapmasına izin verir. Bu şekilde çalıştığı bilinen RNA liderli operonlar, histidin, treonin ve triptofan operon liderleridir.

Demir tepki elemanları, (İngilizce Iron response element veya IRE) demir tepki proteinleri (iron response proteins veya IRP) tarafından bağlanır. Bu IRE dizi elemanları, demir metabolizmasıyla ilgili proteinleri kodlayan çeşitli mRNA'ların UTR'lerinde (çevrilmeyen bölgelerinde) bulunur. Demir konsantrasyonu düşük olunca IRP, ferritin mRNA IRE'sine bağlanarak çevrim baskılamasına yol açar.

Memeli testis ve somatik hücrelerinde ifade edilen Piwi-etkileşimli RNA'lar (piRNA'lar), Piwi proteinleri ile RNA-protein kompleksleri oluşturur. Bu piRNA kompleksleri (piRNA complexes veya piRC) retrotranspozonların ve spermatogenez ile ilgili genetik elemanların transkripsiyonel gen susturması ile ilişkilendirilmişlerdir.

Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri (İng. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats veya CRISPR), çoğu bakteri ve arke'nin DNA'sında görülen tekrar dizileridir. Bu tekrarlar benzer uzunluklu aralıklarla birbirlerinden ayrılmıştır. Bu aralıkların fajlardan elde edildiği ve hücreyi enfeksiyondan koruduğu gösterilmiştir.

Xist (X-inactive-specific transcript) plasentalı memelilerin X kromozomunda bulunan uzun bir ncRNA'dır, Barr cisimleri oluşturan X kromozom inaktivasyonunda rol oynayan önemli bir unsurdur. Tsix adlı antianlam RNA Xist'in bir negatif düzenleyicisidir. Tsix ifadesi olmayan (ve dolayısıyla yüksek Xist transkripsiyon düzeyleri olan) X kromozomları, normal kromozomlardan daha sık inaktive olur. XY cinsiyet belirleme sistemi kullanan Drosophila'da da, roX (İng. RNA on the X teriminden) RNA'ları dozaj telafisinde rol oynar. Xist ve roX, epigenetik transkripsiyon düzenlemesi yoluyla çalışırlar, bu süreçte histon modifiye edici enzimler seferber edilir.

Çift işlevli RNA'lar iki farklı işleve sahip RNA'lardır. Bilinen çift işlevli RNA'ların çoğunluğu hem prtoein kodlayan mRNA hem de ncRNA'dırlar. Artan sayıda ncRNA'nın iki farklı ncRNA kategorisine (örneğin H/ACA box snoRNA ve miRNA) girdiği keşfedilmektedir.

Çoğu ncRNA'lar kanserli dokularda anormal biçimde ifade edilir. Bunlar arasında miRNA'lar, long mRNA-like ncRNAs, telomeraz RNA ve Y RNA'lar sayılabilir. miRNA'lar, protien kodlayan pek çok genin düzenlenmesinde rol oynar, Y RNA'lar DNA ikileşmesinin başlatılmasında önemlidir, telomeraz RNA, telomeraz için kalıp (primer) olarak görev yapar (daha çok bilgi için bkz. Telomer#Telomerler ve hastalık). mRNA-benzeri ncRNA'ların işlevi henüz iyi bilinmemektedir.

hsa-mir-196a2 üzerinde bulunan ender bir SNP'in küçük hücre-olmayan akciğer karsinoması ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Benzer şekilde, göğüs kanseri ile ilişkili genleri düzenlediği tahmin edilen 17 miRNA üzerinde yapılan bir elemede miR-17 ve miR-30c-1'de varyasyonlar bulunmuştur. Hastalarda BRCA1 veya BRCA2 bulunmadığı için, bu bulgu, ailesel göğüs kanserinin bu miRNA'lardaki varyasyonların neden olabileceği olasılığını ortaya çıkarmıştır.

Prader-Willi sendromunun birincil nedeninin C/D kutulu snoRNA SNORD116'nın 48 kopyasının yok edilmesi olduğu gösterilmiştir. Prader-Willi, aşırı yemek ve öğrenme zorlukları ile ilişkili bir gelişimsel bozukluktur. SNORD116'nın bir takım protein kodlayıcı genlerin içinde potansiyel bağlanma hedefleri vardır ve alternatif uçbirleştirme düzenlenmesinde bir rolü olabilir.

RNaz MRP içindeki mutasyonların kıkırdak-saç hipoplazisine neden olduğu gösterilmiştir. Amiş ve Finlarda görülen bu hastalık kısa boy, seyrek saç, iskelet bozuklukları ve bastırılmış bağışıklık sisteminden oluşan bir belirtiler grubu ile ilişkilidir. En iyi karakterize edilmiş varyant, korunmuş bir psödo-düğümün 5' tarafındaki bir ilmikte bulunan, nükleotit 70 konumundaki bir A->G transisyonudur. Ancak bu hastalığa neden olan çeşitli başka mutasyonlar da bilinmektedir.

BACE1-AS adlı ters anlamlı RNA'nın transkripsiyonu, BACE1'in karşı tarafındaki iplikten yapılır, Alzheimer hastalarında yukarı düzenlenmiştir. BACE1-AS, transkripsiyon-sonrası bir ileri-besleme mekanizmasıyla BACE1 mRNA stabilitesini artırır ve BACE1 ifadesini düzenler. Ayrıca, aynı mekanizma ile senil plakların başlıca bileşeni olan, beta amiloid konsantrasyonunu da artırır. Alzheimer hastalarında ve amiloid öncül proteini ifade eden transgenik farelerde BACE1-AS konsantrasyonu yüksektir.

Olgun miR-96'nın tohum bölgesindeki varyasyonlar, insan ve farelerde, otozomal baskın, ilerlen duyma kaybı ile ilişkili olduğu bulunmuştur. Homozigot mutant fareler tamamen sağırdır, hiç kokleal tepki göstermezler. Heterozigot fare ve insanlar zamanla duyma yeteneklerini kaybederler.

ncRNA terimi, yukarıda verilen tanımı dışında, mRNA'nın, RNA düzeyinde işlevsel olan bölgeleri için de kullanılmıştır. Bu tür RNA dizileri protein kodlamak dışında bir biyolojik işlevleri de vardır, protein kodlayıcı bir mRNA içinde yer almalarına rağmen. Bunların örnekleri arasında ribo-anahtarlar ve SECIS elemanları gösterilebilir. Bu tür ncRNA'lar ile protein kodlayıcı bölgeler örtüşebilir ve dolayısıyla RNA ve protein düzeyinde olmak üzere çift işlevlidirler (örneğin SgrS RNA ve RNAIII) Ancak,Dizi Ontoloji'nin ncRNA tanımı kesinlikle hiç protein kodlayıcı diziler bulundurmayan bir RNA molekülüdür. Bu iki tanım birbiriyle çelişkili olduğu için bazı yayınlar ncRNA yerine işlevsel RNA (İng. functional RNA veya fRNA) terimini kullanmaya başlamışlardır, protein kodlamalarından bağımsız olarak RNA düzeyinde işlevsel olan dizi bölgelerini tanımlamak için. Dolayısıyla her ncRNA aynı zamanda fRNA'dır, ama bazı fRNA'lar (ribo-anahtarlar, SECIS elemanları ve diğer cis-düzenleyici elemanlar) cnRNA olmayabilir. Ancak, mRNA'nın da protein kodlaması nedeniyle "işlevsel" olduğu öne sürülebilir. Ayrıca, yapay evrilmiş RNA'lar da fRNA teriminin altına girebilirler. Bazı yayınlar ncRNA ve fRNA terimlerinin yaklaşık eşanlamlı olduğu belirtmiştir.