Μακρύ μη κωδικοποιητικό RNA

Τα μακρά μη κωδικοποιητικά RNA (αγγλικά: Long non-coding RNAs, lncRNA) ορίζονται ως μετάγραφα μεγαλύτερα από 200 νουκλεοτίδια που δεν μεταφράζονται σε πρωτεΐνες. Αυτό το κάπως αυθαίρετο όριο διακρίνει τα lncRNA από μικρά μη κωδικοποιητικά RNA όπως τα microRNA (miRNAs), τα μικρά παρεμβαλλόμενα RNA (siRNA), τα piwi-αλληλεπιδρώντα RNA (piRNAs) και άλλα μικρά RNA.

Περιγραφή

Η έκφραση των lncRNAs ρυθμίζεται όπως αυτή των κωδικών RNAs. Τα lncRNAs υπόκεινται σε μεταγραφική ρύθμιση, με ορισμένα από αυτά να επεξεργάζονται περαιτέρω μέσω συρραφής, επεξεργασίας στα 3’ και 5’ άκρα και κατόπιν να εξάγονται στο κυτταρόπλασμα.  Κάποια lncRNA κωδικοποιούν για μικρά πεπτίδια αλλά η πλειοψηφία τους δε μεταφράζεται. Η λειτουργία τους συνδέεται με τη διαρθρωτική δομή, η οποία τους επιτρέπει να αλληλεπιδρούν ειδικά με πρωτεΐνες, DNA, και RNA. Τα lncRNA ελέγχουν τη γονιδιακή έκφραση σε μεταγραφικό και μετα-μεταγραφικό επίπεδο. Επίσης, αρκετά lncRNAs έχουν βρεθεί να αλληλεπιδρούν με ένζυμα που τροποποιούν τη χρωματίνη και ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τη μεταγραφή γονιδίων. Ανάλογα με την προέλευσή τους, τα lncRNAs διαχωρίζονται σε 3 κατηγορίες: 1) τα intronic lncRNAs (incRNAs), 2) τα intergenic lncRNAs (lincRNAs) και 3) τα antisense lncRNAs.
Η αφθονία πολυάριθμων lncRNA ελέγχεται από τα microRNA. Καθώς πολλά από τα lncRNA επηρεάζουν διαφορετικές κυτταρικές λειτουργίες (πολλαπλασιασμός, διαφοροποίηση, γήρανση, απόπτωση), αλλαγές στην αφθονία τους επηρεάζει άμεσα την κυτταρική απόκριση σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Έχει προταθεί ότι η συγκέντρωση των microRNAs στο κυτταρόπλασμα μπορεί να  συσχετισθεί με την αφθονία των lncRNA, τα οποία διαθέτουν παρόμοιες αλληλουχίες στόχους για τα miRNAs, έχοντας ως αποτέλεσμα την απομάκρυνσή τους από τα mRNA στόχους αλλά και τον ανταγωνισμό τους για την πρόσδεση σ'αυτά. Τέλος, κάποια lncRNAs υφίστανται επεξεργασία έτσι ώστε να δώσουν γένεση σε miRNAs.

Ρόλος

Συνολικά, φαίνεται ότι τα lncRNAs και miRNAs συνεργάζονται ώστε να ελέγξουν τη γονιδιακή έκφραση μέσω ενός αριθμού μηχανισμών μετα-μεταγραφικών τροποποιήσεων. Γενικά όμως, τα microRNAs and lncRNAs ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση σε όλα τα επίπεδα (μεταγραφικά, μετα-μεταγραφικά και μετα-μεταφραστικά). Μέσω αυτής της επίδρασης σε όλα τα επίπεδα της πρωτεϊνικής έκφρασης, αυτές οι μεγάλες οικογένειες των μη κωδικών RNAs επηρεάζουν σε συνολικό επίπεδο τον κυτταρικό μεταβολισμό.
Για την ανεύρεση του λειτουργικού ρόλου των lncRNAs, μία πιθανή οδός είναι η αναγνώριση των πρωτεϊνών με τις οποίες δεσμεύονται (binding proteins). Έρευνες αποδεικνύουν ότι παράγοντες που συμμετέχουν στη μετάδοση σήματος (υποδοχείς, κινάσες, μεταγραφικοί παράγοντες), σχετίζονται άμεσα με τα lncRNAs και ότι η ενζυμική τους δραστηριότητα ρυθμίζεται από αυτά τα lncRNAs.
Επιγραμματικά, οι προτεινόμενοι λειτουργικοί ρόλοι των lncRNAs στη ρύθμιση των σηματοδοτικών καταρρακτών και στη «συνομιλία» μεταξύ των μονοπατιών μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε 6 κατηγορίες:
1.       Συγχώνευση (Merge): όπου το lncRNA συμπράττει με τις κινάσες γειτονικών μονοπατιών, επιτρέποντας την παράλληλη δράση τους, επιταχύνοντας την κυτταρική απόκριση.
2.       Διακόπτης (Switch): το lncRNA  ενώνει έναν υποδοχέα με πολλαπλές κινάσες, δημιουργώντας μία διασταύρωση στο μονοπάτι, οπότε με την ενεργοποίηση του υποδοχέα ταυτόχρονα ενεργοποιούνται πολλαπλές κινάσες και μεταδίδονται πολλαπλά σήματα.
3.       Σε απάντηση του κυτταρικού περιβάλλοντος, ένα lncRNA θα μπορούσε να αλλάξει πορεία και να δημιουργήσει μία «γέφυρα» μεταξύ μίας κινάσης και ενός υποδοχέα.
4.       Προτεραιότητα (yield): τα lncRNAs μπορούν να δώσουν προτεραιότητα στην ενεργοποίηση ανταγωνιστικών μονοπατιών, ώστε μόνο το ένα από τα δύο να είναι ενεργό.
5.       Παράκαμψη (shortcut): κατά την παρουσία ενός lncRNA, το συμβατικό μονοπάτι παρακάμπτεται και ακολουθείται μονοπάτι με αμεσότερο αποτέλεσμα για γρηγορότερη κυτταρική απόκριση.
6.       Παράκαμψη (detour): σε περιπτώσεις όπου το συμβατικό μονοπάτι είναι μπλοκαρισμένο, τα lncRNAs μπορούν να διευκολύνουν τη διαμόρφωση ενός εναλλακτικού μονοπατιού.
Οι αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα lncRNAs και στις binding proteins δρουν ως ένας από τους κύριους μηχανισμούς των  lncRNA-διαμεσολαβούντων σηματοδοτικών μονοπατιών.Οι λειτουργικοί ρόλοι που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των  lncRNAs με πρωτεΐνες είναι ποικίλοι. Συχνά παρατηρείται ότι κατά την αλληλεπίδραση ενός lncRNA με ένα ένζυμο, η ενζυμική δραστηριότητα αυτού τροποποιείται με τους ακόλουθους τρόπους:
· τα lncRNAs μπορούν να τροποποιήσουν τη δραστικότητα διάφορων ενζύμων (πχ. κινάσες) δρώντας ως chaperones, μέσω των οποίων το lncRNA αλληλεπιδρά με τις υπομονάδες ενός ενζύμου και επάγει αλλαγή στη διαμόρφωσή του, αλλάζοντάς του την ενζυμική δραστικότητα.
· lncRNAs μπορούν να τροποποιήσουν την ενζυμική δραστικότητα δρώντας ως αλλοστερικοί ρυθμιστές, αλλάζοντας τη δομή του ενεργού κέντρου.
· τα lncRNAs μπορούν να δράσουν συνεργατικά.
· τα lncRNAs μπορούν να επικαλύψουν την επιφάνεια της πρωτεΐνης στόχου ώστε να μην μπορεί να πραγματοποιηθεί μετα-μεταφραστική τροποποίηση.
· τα lncRNAs δύναται να συνεισφέρουν στην αλλαγή θέσης των  binding πρωτεϊνών.
Πλέον, έχουν δημιουργηθεί  βάσεις δεδομένων, στις οποίες οργανώνονται οι πληροφορίες για τα αναγνωρισμένα lncRNAs και τα βιολογικά τους χαρακτηριστικά.