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.
ncRNA'nın biyolojik rolleri
Kodlamayan RNA'lar birkaç gruba ayrılmıştır ve çeşitli hücresel süreçlerde yer alırlar. Bazıları merkezi 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.
Çevrimdeki ncRNA'lar
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.
RNA uçbirleştirmesinde ncRNA'lar
Ökaryotlarda splisozom, intron dizilerinin çıkartılması için gerekli olan uçbirleştirme reaksiyonlarını meydana getirir, bu süreç olgun mRNA'nın oluşması için zorunludur. Splisozom, snRNP veya tri-snRNP olarak da adlandırılan bir diğer RNP'dir. Splisozomun iki biçimi vardır, bunlar majör ve minör biçimler olarak adlandırılır. Majör splisozomun ncRNA bileşenleri U1, U2,
U4 ve U5'tir. Minör splisozomun ncRNA bileşenleri U11, U12, U5, U4atac ve U6atac'dir.
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.
Memelilerde snoRNA'ların mRNA'nın alternatif uçbirleştirmesini düzenlediği bulunmuştur. Örneğin HBII-52 adlı snoRNA, serotonin reseptör 2C'nin uçbirleştirmesini düzenler.
Nematodlarda SmY adlı ncRNA, mRNA trans-uçbirleştirmesinde rol oynar.
Gen regülasyonunda ncRNA'lar
Binlerce genin ifadesi ncRNA'lar tarafından düzenlenir. Bu düzenleme trans veya cis etkili olabilir.
trans-etkiyen ncRNA'lar
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 kısmi 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.
Bir diğer bakteriyel ncRNA, OxyS RNA, Shine-Dalgarno dizilerine bağlanarak ribozomun bağlanmasına engel olur ve çevrimi inhibe eder.
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.
cis-etkiyen ncRNA'lar
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.
Dahili ribozom giriş konumları (İngilizce Internal ribosome entry site veya IRE), bir mRNA dizisinin ortasında çevrimin başlamasını sağlayan RNA yapılarıdır.
ncRNA'lar ve Genom savunması
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.
ncRNA'lar ve kromozom yapısı
Telomeraz, kromozomlarin telomer bölgelerine spesifik olan DNA dizi tekrarları (örneğin omurgalılarda "TTAGGG") ekleyen bir RNP enzimidir. Telomerler ökaryot kromozomlarının uçlarında bulunan özelleşmiş bölgelerdir, DNA'larının yoğunlaşmış durumda olması kromozoma stabilite sağlar. Telomerler her hücre bölünmesinde kısalır ve sonra telomeraz tarafından normal uzunluğuna geri getirilir. Telomeraz bir ters transkriptazdır, içerdiği telomeraz RNA, telomerlerin uzatılmasında bir kalıp olarak kullanılır
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
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.
Çift işlevli RNA'ların iyi bilinen iki örneği SgrS RNA ve RNAIII'tür. Başka çift örnekli RNA'ların da varlığı bilinmektedir, örneğin, SRA (Steroid Receptor Activator, Steroid Reseptör Etkinleştiricisi), VegT RNA
,
Oskar RNA
ve enod40
.
ncRNA ve hastalıklar