Ribosomaalne RNA

Ribosomaalne RNA ehk rRNA on ribonukleiinhape, millel on mõningaid ensümaatilisi omadusi ja mis koos proteiinidega moodustab valgusünteesi läbiviivaid ribosoome. rRNA ehk ribosome RNA moodustab ribosoomide põhilise osa (ca 60% kaalust). Mõlemas ribosoomi alaühikus on pikad rRNA ahelad, mis moodustavadki seondumissaite vastavatele ribosomaalsetele proteiinidele. Need valgud aitavad ribosoomil säilitada ja kohandada vastavat kolmemõõtmelist struktuuri. rRNA on valgusünteesi toimumise keskkohaks – seega rRNA on valgusünteesiks hädavajalik kõigis organismides. rRNA on nii struktuuriliselt kui ka funktsionaalses mõttes ribosoomi tähtsaim komponent. Ribosoomid sisaldavad kahte põhilist rRNAd ja rohkem kui 50 valku. Ribosoomide suure alaühiku rRNA käitub kui ribosüüm – katalüüsides peptiidsideme teket. rRNA järjestusi kasutatakse laialdaselt erinevate organismide evolutsiooniliste suhete väljaselgitamisel, sest need leiduvad kõikides teadaolevates eluvormides. Ribosoom on globulaarse struktuuriga üksus, mille keskne komponent on rRNA. rRNA koosneb peamiselt paardunud osadest (heeliksitest), mis on seotud paardumata osadega, rRNA täidab ribosoomi põhilisi funktsioone. rRNA moodustab struktuurseid domeene, mis on ribosomaalsete valkudega seotud jäikadeks üksusteks. Ribosomaalsete valkude põhiline ülesanne on rRNAga seondumine ja nende struktuuri stabiliseerimine. Lisaks sellele täidavad mõned valgud ka spetsiifilisi ülesandeid – näiteks mRNA sidumine, peptiidi väljutamine, (ko)faktorite sidumine. Ribosomaalsed RNA-d moodustavad koos ribosomaalsete valkudega (r-valkudega) kaks alaühikut: väike alaühik ja suur alaühik. Väikese alaühiku domeenid võivad üksteise suhtes mõneti liikuda, suurem alaühik on monoliitselt jäiga struktuuriga. Translatsiooni käigus liituvad ribosoomi kaks alaühikut ja mRNA (mis määrab sünteesitava valgu aminohapete järjestuse) ja erinevad tRNAd, mis toovad kohale sünteesiks vajalikke aminohappeid. Nii prokarüootsed kui ka eukarüootsed ribosoomid koosnevad kahest alaühikust. Järgnevalt ribosoomide võrdlustabel E. Coli ja inimese näitel (S tähistab Svedbergi ühikut, nt = vastava rRNA pikkus nukleotiidides): Bakteritel ehk prokarüootidel on väga palju ribosoome – 7000–70 000 ribosoomi raku kohta. 1 sekundi jooksul tekib rakus 5–10 uut ribosoomi. Tsütoplasma massist võivad ribosoomid moodustada 30% ja enamgi. Raku kuivainest 20% võib moodustada rRNA. Prokarüootidel sisaldab väike 30S alaühik 16S rRNAd. 16S rRNA koosneb neljast domeenist. Suurem, 50S alaühik sisaldab kahte rRNAd – 5S rRNA ja 23S rRNA. 23S rRNA sisaldab kuut domeeni ning 5S rRNA-d võib lugeda suure alaühiku seitsmendaks domeeniks. Bakteriaalsed 16S, 23S ja 5S rRNA geenid on tüüpiliselt organiseeritud ühe operoni seisusse. Nii tagatakse see, et kõiki ribosoomi rRNA komponente sünteesitakse täpselt sama palju. Selliseid operone võib olla ühes genoomis mitu koopiat (näiteks soolekepikesel on neid 7). 16S rRNA 3' ots seondub mRNA 5' otsas oleva Shine-Dalgarno järjestusega (ribosoomi sidumissait ehk RBS), sidudes omavahel ribosoomi (alaühikud), ja mRNA, käivitades valgusünteesi. Eeltuumsetes moodustab ligikaudu 70% ribosoomi massist rRNA. Eukarüootide genoomis on üldiselt mitu koopiat rRNA geene organiseeritud tandemkordustesse, näiteks inimestel – 300–400 kordust asuvad viies klastris (kromosoomides 13, 14, 15, 21 ja 22). Kokkuvõtvalt kutsutakse rDNA geeniklastreid ribosomaalseks DNA-ks nende erilise struktuuri ja transkriptsioonilise käitumise tõttu. rRNA osakaal päristuumsete ribosoomides on umbes 60%. 18S rRNA on enamikus päristuumsetes väikese alaühiku komponent. Suur alaühik sisaldab kolme rRNA osakest – 5S, 5.8S ja kolmas, varieeruv rRNA (näiteks 28S imetajates, 25S taimedes). 28S, 5.8S ja 18S rRNAsid kodeerib üks transkript (45S). 45S rDNA on organiseeritud viide klastrisse kromosoomides 13, 14, 15, 21 ja 22, iga klastrit on 30–40 kordust. Neid klastreid transkripteerib RNA polümeraas I – ehk viib läbi rRNA sünteesi tuumakeses. Tuumake on osa rakutuumast, mis on spetsialiseerunud rRNA sünteesile ja rRNA assambleerimisele ribosoomidesse. Võib öelda, et tuumake on organell, mis moodustub tänu ribosoomide formeerumise protsessile. Tuumake moodustub ribosomaalse RNA (rRNA) geene sisaldavate kromosoomilõikude ümber (kromosoomides 13, 14, 15, 21 ja 22). 5S rRNA esineb tandemkordustena, suurim neist asub kromosoomis 1, asukohas q41–42. 5S rRNAd transkripteerib RNA polümeraas III (asub rakutuumas). Lisaks tsütoplasmas asuvatele ribosoomidele on päristuumsetel ribosoomid ka mitokondrites. Mitokondriaalsed rRNAd imetajates on 12S (väike alaühik) ja 16S (suur alaühik).  Pikemalt artiklis RNA degradatsioon rRNA eellasmolekulid on tunduvalt pikemad kui nende protsessinguproduktid ribosoomides. Rnaas E ja Rnaas III on olulised rRNA töötlemisel. Näiteks osaleb Rnaas E prokarüootide 16S rRNA protsessimisel. Lisaks metüleeritakse rRNA molekule paljudest kohtadest, et kaitsta neid näiteks ribonukleaaside poolse degradatsiooni eest. rRNAd, mis ei moodusta aktiivseid ribosoome – modifitseerimise või protsessimise defektsed produktid – lagundatakse. rRNA-de lagundamisega tegeleb ensüüm Rnaas R.  Pikemalt artiklis Translatsioon Translatsioon ehk valgusüntees on protsess ribosoomides, mille käigus sünteesitakse mRNA põhjal aminohapetest polüpeptiidahel. Spetsiifilised järjestused erinevates rRNAdes on hädavajalikud nii translatsiooni läbiviimiseks kui ka valgusünteesiaparaadi (ribosoomi) korrektse tertsiaarstruktuuri tagamiseks. Tänu ribosomaalse RNA spetsiifilistele omadustele on sel tähtis koht kahes valdkonnas: rRNA on märklaud paljudele erinevatele kliiniliselt tähtsatele antibiootikumidele: klooramphenikool (toimekoht 23S rRNAs), erütromütsiin (toimekoht nii 23S rRNAs kui ka suurema alaühiku valkudes), kasugamütsiin, paromomütsiin, ritsiin, spektinomütsiin (toimekoht ribosoomi väiksem alaühik), streptomütsiin ja tiostreptoon (toimekoht ribosoomi suurem alaühik). rRNA on üks väheseid geeniprodukte, mis on olemas (iga organismi) kõigis rakkudes. Erinevate organismide rDNA järjestuste – mis kodeerivad rRNA-d – võrdlemisel on võimalik määrata nende taksoneid ja põlvnemiskäiku. Näiteks on võimalik määrata, mitu miljonit aastat tagasi elas kahe organismi ühine eellane ehk kui kaugel asuvad nad teineteisest evolutsiooniliselt. Tänapäevane bakterite fülogeneetiline süsteem on koostatud just nimelt rRNA geenide (16S täpsemalt) järjestuste sarnasuste ja erinevuste alusel. Põhjuseks rRNA geenide äärmine konserveeritus: rRNA geenid on head evolutsioonilised markerid, sest nende järjestus on evolutsiooni käigus vähesel määral muutunud. Nimelt, ribosoomi võib pidada organismi üheks tähtsaimaks organelliks – kui rRNA geenides toimub mutatsioon, siis tihti isend hukkub ning seeläbi elimineeritakse populatsioonist mutatsioonid. 16S rRNA ja 18S rRNA järjestuste põhjal on määratud elusorganismid kolme suurde fülogeneetilisse rühma (eukarüoodid, arhed ja bakterid). Praeguseks on teada mitmeid tuhandeid rRNA järjestusi, mis on kättesaadavad paljudes andmebaasides, näiteks RDP-II ja SILVA. 16S rRNA geenide kaudu on kindlaks määratud ka inimese mikrofloora ja võrreldud seda teiste imetajate omadega. Lisaks tõestab rRNA endosümbioositeooriat – nimelt, rRNA eukarüootsete rakkude kloroplastides ja mitokondrites olevates ribosoomides on väga sarnane eeltuumsete ribosoomides olevate rRNA osakestega. rRNA transkriptsiooni regulatsioon soolekepikeses rRNA modifikatsioonid 5.8S rRNA tRNA mRNA miRNA Liljas, Anders (2004). Structural aspects of protein synthesis. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Alberts, Bruce; et al. (2007). Molecular Biology of the Cell. Garland Science. {{cite book}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |first= (juhend) "Homo sapiens 5S ribosomal RNA". "Homo sapiens 5.8S ribosomal RNA". "Homo sapiens 28S ribosomal RNA". "Homo sapiens 18S ribosomal RNA". Madigan, Michael T.; et al. (2006). Brock Biology of Microorganisms. Pearson Education inc. {{cite book}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |first= (juhend) Smit S, Widmann J, Knight R (2007). "Evolutionary rates vary among rRNA structural elements". Nucleic Acids Res. 35 (10): 3339–54. DOI:10.1093/nar/gkm101. ISSN 0305-1048. PMC 1904297. PMID 17468501.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Cole, JR; Chai B, Marsh TL, Farris RJ, Wang Q, Kulam SA, Chandra S, McGarrell DM, Schmidt TM, Garrity GM, Tiedje JM (2003). "The Ribosomal Database Project (RDP-II): previewing a new autoaligner that allows regular updates and the new prokaryotic taxonomy". Nucleic Acids Res. 31 (1): 442–3. DOI:10.1093/nar/gkg039. PMC 165486. PMID 12520046.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Pruesse, E; Quast C, Knittel K, Fuchs BM, Ludwig W, Peplies J, Gloeckner FO (2007). "SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB". Nucleic Acids Res. 35 (1): 7188–7196. DOI:10.1093/nar/gkm864. PMC 2175337. PMID 17947321.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Grice E.A, Kong H.H, Renaud G.; et al. (2008). "A diversity profile of the human skin microbiota". Genome Res. 18 (7): 1043–50. DOI:10.1101/gr.075549.107. PMC 2493393. PMID 18502944. {{cite journal}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |author= (juhend)CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Grice E.A, Kong H.H, Conlan S.; et al. (2009). "Topographical and temporal diversity of the human skin microbiome". Science. 324: 1190. DOI:10.1126/science.1171700. PMC 2805064. PMID 19478181. {{cite journal}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |author= (juhend)CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Andersson SG, Zomorodipour A, Andersson JO, Sicheritz-Pontén T, Alsmark UC, Podowski RM, Näslund AK, Eriksson AS, Winkler HH, Kurland CG (1998). "The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria". Nature. 396 (6707): 133–140. DOI:10.1038/24094. PMID 9823893.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) McFadden GI (2001). "Primary and secondary endosymbiosis and the origin of plastids". J Phycology. 37 (6): 951–9. DOI:10.1046/j.1529-8817.2001.01126.x. rRNA protsessing