Lähetti-RNA

Lähetti-RNA eli lRNA eli mRNA () on RNA-ketju, joka syntyy solun tumassa transkriptioksi kutsutussa tapahtumassa DNA:n emäsjärjestyksen ohjaamana.  Lähetti-RNA sisältää geneettisen informaation, joka voidaan kääntää translaatiossa proteiinien aminohappojärjestykseksi. Transkriptiosta translaatioon johtavaa tapahtumaketjua kutsutaan molekyylibiologian keskusdogmiksi.

DNA:n tavoin myös lähetti-RNA:n geneettinen informaatio on koodattuna nukleotidien ketjuiksi eli sekvensseiksi. Ketjun nukleotidit muodostavat kodoneita, jotka muodostuvat kolmesta nukleotidista. Kukin kodoni koodaa spesifistä aminohappoa lukuun ottamatta lopetuskodonia, joka päättää proteiinisynteesin (geneettinen koodi). Kodonien translaatio aminohappoketjuksi vaatii kahta muuta RNA-tyyppiä: siirtäjä-RNA:ta (tRNA) ja ribosomaalista RNA:ta (rRNA).

Tutkijat François Jacob ja Jacques Monod ehdottivat ensimmäisinä, että lähetti-RNA:ta olisi olemassa. Hieman myöhemmin, vuonna 1961, Jacob, Sydney Brenner ja Matthew Meselson löysivät lähetti-RNA:n.

Pre-mRNA:n muokkaus 
Aitotumaisten soluissa transkriptiossa syntyy lähetti-RNA:n esiastetta pre-mRNA:ta, jota muokataan kolmella tavalla ennen kuin se pääsee kulkemaan tumasta solulimaan. Ensimmäisenä pre-mRNA:n 5'-päähän liitetään GTP, johon on liittynyt metyyliryhmä. Toiseksi pre-mRNA:n 3'-päähän liitetään Poly(A)-häntä, joka koostuu pelkästään adenosiinimonofosfaateista eli adeniinin sisältävistä RNA-nukleotideista. Päiden muokkaus suojaa lähetti-RNA:ta sitä pilkkovilta entsyymeiltä ja auttaa solua tunnistamaan lähetti-RNA:n. Lopuksi intronit poistetaan silmukoinnilla ennen lähetti-RNA:n poistumista tumasta.

Esitumallisten soluissa ei ole tumaa eikä niiden DNA:ssa ole introneita, joten solulimaan syntyvää lähetti-RNA:ta ei tarvitse muokata, vaan sitä voidaan käyttää translaatiossa sellaisenaan. Lisäksi esitumallisten soluissa transkriptio ja translaatio voivat tapahtua samanaikaisesti.

Rakenne

Koodaavat alueet 
Lähetti-RNA:n koodaavat alueet muodostuvat kodoneista, jotka ribosomi koodaa translaation aikana proteiineiksi. Koodaava alue alkaa aina aloituskodonista, jonka emäsjärjestys on yleensä AUG ja päättyy lopetuskodoniin, jonka emäsjärjestys voi olla joko UAA, UAG tai UGA.

Ei-koodaavat alueet 
Ei-koodaavat alueet eli UTR:t (engl. Un-translated regions) ovat lähetti-RNA:ssa ennen aloituskodonia ja lopetuskodonin jälkeen esiintyviä sekvenssejä, jotka eivät translaatiossa koodaa mitään proteiinia. Alueita kutsutaan myös 5'-UTR:ksi ja 3'-UTR:ksi. Ne kopioidaan transkriptiossa samaan tapaan kuin koodaavat alueetkin ja ne kuuluvat eksoneihin, minkä takia niitä ei poisteta pre-mRNA:ta muokattaessa. Ei-koodaavilla alueilla voidaan katsoa olevan useita rooleja geenien ilmentymisessä, esimerkiksi lähetti-RNA:n vakautus, paikallistaminen ja translaation tehostaminen. Ei-koodaavan alueen kyky toimia riippuu kuitenkin sekvenssistä ja voi vaihdella eri lähetti-RNA:issa. 

5'-UTR ja/tai 3'-UTR saattavat vastata lähetti-RNA:n vakaudesta riippuen RNA:ta hajottavien ribonukleaasientsyymien ja RNA:n hajottamista tukevien tai hillitsevien tukiproteiinien affiniteetista eli sitoutumiskyvystä. 

Ei-koodaavat alueet voivat huolehtia translaation tehokkuudesta tai joissain tapauksissa kokonaan estää sen. Ei-koodaaviin alueisiin sitoutuvat proteiinit vaikuttavat ehkä translaatioon vaikuttamalla ribosomin kykyyn sitoutua lähetti-RNA:han. 3'-UTR:iin sitoutuva mikroRNA saattaa myös vaikuttaa translaation tehokkuuteen tai lähetti-RNA:n vakauteen.

Uskotaan, että 3'-UTR vastaa lähetti-RNA:n sijainnista solulimassa. Jos tietyllä solun alueella tarvitaan proteiinia, sitä voidaan myös tuottaa kyseisellä alueella. Tällaisia tapauksia varten 3'-UTR:ssä voi olla sekvenssejä, jotka sallivat lähetti-RNA:n siirtyä tällaiselle alueelle translaatiota varten.

Jotkin ei-koodaavilla alueilla olevat elementit muodostavat sekundäärirakenteen, kun geeni kopioidaan transkriptiossa RNA:ksi. Niillä on myös osansa lähetti-RNA:n säätelyssä. Jotkin niistä ovat proteiinien sitoutumispaikkoja. Ribokytkimiin voi sitoutua pieniä molekyylejä, jolloin lähetti-RNA:n koodaaman proteiinin tuotannossa tapahtuu muutos. Tällaisissa tapauksissa lähetti-RNA säätelee itse itseään.

Poly(A)-häntä 
Poly(A)-häntä on pre-mRNA:n 3'-päähän lisättävä, usein satoja adeniininukleotideja sisältävä sekvenssi. Häntä estää lähetti-RNA:ta hajoamasta.

Monokistrinen ja polykistrinen mRNA 
Lähetti-RNA:ta, jossa on vain yhden proteiinin translaatioon tarvittava ohje, kutsutaan monokistriseksi. Useimpien aitotumaisten solujen lähetti-RNA on monokistrista. Sitä vastoin esitumallisten solujen lähetti-RNA on polykistrista, eli siinä on useita avoimia lukukehyksiä eli proteiinin translaatioon tarvittavia ohjeita. Yleensä polykistrisen lähetti-RNA:n koodaamilla proteiineilla on jokin yhteinen ominaisuus – ne voivat esimerkiksi muodostaa yhdessä proteiinikompleksin – ja niitä koodaavia sekvenssejä säädellään yhteisellä säätelyalueella, jossa on promoottori ja operaattori. Myös bakteerien ja arkkien lähetti-RNA ja ihmisen mitokondriaalinen lähetti-RNA on suurimmaksi osaksi polykistristä. Di- tai bikistriseksi kutsutaan lähetti-RNA:ta, joka koodaa kahta proteiinia.

mRNA:n rengastuminen 
Aitotumaisten soluissa lähetti-RNA-molekyylit muodostavat pyöreitä rakenteita eIF4E-proteiinin ja poly(A):n sitojaproteiinin välisten vuorovaikutuksien takia. Molemmat proteiinit sitoutuvat eIF4G-proteiiniin ja muodostavat siten mRNA-proteiini-mRNA-sillan. Rengastumisen uskotaan tukevan ribosomien kiertoa ja tehostavan translaatiota, ja ehkä myös toimivan varmistimena sille, että vain ehjät lähetti-RNA-molekyylit osallistuvat translaatioon. Ehjissä lähetti-RNA-molekyyleissä on poly(A)-häntä ja 5'-cap.

Erityisesti virusten lähetti-RNA:illa tiedetään olevan myös muita rengastumismekanismeja.

Hajotus 

Esitumallisten mRNA hajotus
 Aitotumaisten mRNA hajotus
 AU-rikkaiden alueiden hajotus
 Non-sense välitteinen hajotus
Pienet häiritsevät RNA:t
 mikro-RNA:t
 Muut hajotustavat

Lähteet

Aiheesta muualla 

RNA
Biokemia
Solubiologia