NON-CODING RNA (ncrna)

Transkriptio

1 NON-CODING RNA (ncrna) 1. Yleistä NcRNA eli non-coding RNA tarkoittaa kaikkia proteiinia koodaamattomia rnamolekyylejä. Näistä yleisimmin tunnetut ovat ribosomaalinen RNA (rrna) sekä siirtäjä-rna (trna), mutta myös muita ncrna-ryhmiä on olemassa. 2. Siirtäjä-RNA (transfer-rna, trna) Siirtäjä-RNA on pieni, yksijuosteinen molekyyli, jonka tehtävänä on siirtää aminohapot aktiivisessa muodossaan ribosomille peptidisidoksen muodostumista varten. Jokaiselle kahdestakymmenestä aminohaposta on olemassa ainakin yhdenlainen siirtäjä-rna. Siirtäjä-RNA koostuu nukleotidista ja se on yksi pienimmistä RNA-molekyyleistä Siirtäjä-RNA:n rakenne Yksijuosteinen siirtäjä-rna on laskostunut tarkkaan kolmiulotteiseen rakenteeseen, joka on välttämätön sen toiminnalle. Keskeisimmät kohdat trna:n rakenteessa on antikodoni-osa ja aminohapon sitoutumiskohta. Aminohapon sitoutumiskohta on adenosiini-yksikön 3 -hydroksyyliryhmä trna-molekyylin 3 -päässä. Aminohapon liittyessä trna-molekyyliin aminohapon karboksyyliryhmä esteröidään. Aminohapon liittymistä trna-molekyyliin katalysoi aminoacyl-trna synthetase entsyymi, jolloin muodostuu aminoasyyli-trna-molekyyli.tämä reaktio saa energiaa ATP:stä. Antikodoni tunnistaa lähetti-rna:n komplementaarisen emäskolmikon. Se sijaitsee keskellä trna-molekyyliä. Noin puolet siirtäjä-rna:n nukleotideista muodostavat tuplaheeliksi rakenteen pariutumalla jonkin toisen sopivan emäksen kanssa. Siirtäjä-RNA:ssa on viisi ryhmää, jotka ovat yksijuosteisia: antikodoni-osa, 3 CCA päätösalue, T?C-silmukka, extra

2 arm ja DHU-silmukka. T?C-silmukka on saanut nimensä siinä olevasta ribotymiinipseudourasiili-sytosiinista. Extra arm on vaihtelevan pituinen ja DHU-silmukassa on useita dihydrouracil-yksiköitä. Siirtäjä-RNA:t sisältävät myös monia muokattuja emäksiä, joita on 5-17 molekyyliä kohden,esimerkiksi metyloituja emäksiä. Juuri näiden modifioitujen emästen sekä rakenteellisen monimuotoisuuden (heeliksit, silmukat) takia siirtäjä-rna:t voidaan erottaa uniikeiksi molekyyleikseen, vaikka ne ovatkin rakenteellisesti melko samanlaisia. 3. Ribosomaalinen RNA eli rrna Eukaryooteilla rrna:ta koodaavia pätkiä on useaan otteeseen perimässä, selkärankaisilla samat pätkät toistuvat jopa tuhansia kertoja. Itse rrna:n synteesin hoitavat RNA polymeraasit I ja III. RNA polymeraasi I muodostaa esiribosomaalisen RNA:n. Tämän jälkeen entsyymit muokkaavat ja katkovat pätkiä (mm. snorna toimii tässä vaiheessa) ja lopulta muodostuu 18S, 5.8S ja 28S rrna. 5S pätkän polymerisoi RNA polymeraasi III. Ribosomaalinen RNA muodostaa yhdessä ribosomaalisten proteiinien kanssa ribosomin, rrna:n toimiessa enemmän funktionaalisena osana ja proteiinit ovat enemmän oikean konformaation muodostajia. 4. Small nuclear RNA eli snrna snrna:t ovat nt pitkiä RNA pätkiä, jotka muodostavat proteiinien kanssa snrnp:ksi (small nuclear ribonucleoprotein particles) kutsuttuja komplekseja, jotka katalysoivat mrna:n silmukointia. Niitä on viittä eri kappaletta (U1, U2, U4-U6) ja ne ovat hyvin samanlaisia kaikissa eukaryooteissa eli ne ovat evoluutiossa hyvin säilyneitä. Silmukointi tapahtuu seuraavasti: U1 snrnp tarttuu silmukoitavan intronin 5' päähän, jonka kanssa U1 snrna:n emäsjärjestys on komplementaarinen (? on pseudouridiini). U2 snrnp tarttuu tämän jälkeen haarautumakohtaan ja U2:n emäsjärjestys työntää intronin adenosiinin hieman ulos. Tätä adonosiiniä modifoidaan kemiallisesti ja myöhemmin se muodostaa ns. lasso-rakenteen. Tämän jälkeen muut snrnp:t (U4-U6) muodostavat epäaktiivisen spliceosomin. Tämän jälkeen ATP:n voimalla muodostetaan aktiivinen spliseosomi ja U1 sekä U4 poistuvat. Lopulta

3 ulostyöntyneen adenosiinin ympärille muodostuu lasso-rakenne, johonka koko introni kuuluu. Tämä lasso sekä spliseosomi sitten irtoavat mrnasta ja mrna on silmukoitu. 5. Small nucleolar RNA eli snrna Nämä RNA-pätkät ovat lyhyitä, noin nt pitkiä ja toimivat osana snornp:tä. Ne muokkaavat emäksiä ja ribooseja sekä auttavat snornp:tä sitoutumaan oikeaan kohtaan. Varsinkin leipurin hiivan (Saccharomyces cerevisiae) sekä lituruohon (Arabidopsis thaliana) snornp:tä on tutkittu ja Internetistä on saatavilla listoja, joista selviää esim. mitä kohtaa jokin snrna-molekyyli metyloi. Näistä esimerkkeinä leipurin hiivalle ja lituruoholle. 5. MicroRNA MiRNA transkriptoidaan aluksi mirna prekursoriksi, jonka RNAse III endonukleaasi Drosha katkoo nt pitkiksi kantasilmukka (stem-loop, virallista stuomen kielistä käännöstä en kyllä tiedä) prekursori mirna:ksi. Nämä sitten viedään ulos tumasta ja RNAse III endonukleaasi Dicer pilkkoo tämän pre-mirna:n

4 ja helikaasi avaa sen kaksoiskierteen. Lopputuloksena syntyy nt pitkä mirna joka on toimintavalmis. Se kontrolloi transkriptiota estäen sopivasti komplementaaristen mrna-juosteiden translaation proteiineiksi joko tarttumalla mrna-molekyyliin (jolloinka mrna:sta tulee osittain kaksijuosteista ja proteiinisynteesi ei onnistu) tai pilkkomalla kohde mrna:n. 6. Small interfering RNA eli snrna sirna:t ovat hieman mirna:n tapaisia pieniä (21-23 nt) pitkiä RNA pätkiä jotka inhiboivat mrna:n translaatiota proteiineiksi. SiRNA muodostuu kun RNAse endonukleaasi III katkoo sirna:n prekursori dsrna:ta jonka jälkeen kaksoiskierteisyys aukeaa. Tämän jälkeen sirna muodostaa eräiden proteiinien kanssa RISC:in (RNA Induced Silencing Complex) joka sitoutuu sopivaa kohtaan mrna:ta ja pilkkoo sen. 7. Small temporal RNA eli strna Myös strna muodostuu dsrna prekursorista jonka Dicer leikkailee sopivaksi. Prosessiin osallistuu myös muita enstyymejä ja lopputuotteena on yksijuosteinen strna-pätkä (~22 nt) joka inhiboi mrna:n translaatiota proteiiniksi sitoutumalla siihen ja muodostaen näin lyhyen pätkän kaksijuosteista RNA:ta josta siis ei voida syntetisoida proteiineja. Nimessä on temporal siksi että strna-juosteet esiintyvät vain tietyissä vaiheissa yksilönkehitystä.

5 Lähteet Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochemistry 5th edition (2001) Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger principles of biochemistry 3rd edition (2000) Heino J., Vuento M. Solubiologia (2002) Eddy S.R. Non-Coding RNA Genes and the Modern RNA World Julkaistu alun perin Nature Reviews Genetics, vol. 2, no. 12, pp (2001) Eddy S.R. Dicing Up RNAs Julkaistu alun perin Science, vol. 293, no. 5531, pp (August 3, 2001) Soutschek J., Akinc A., Bramlage B., Charisse K., Constien R., Donoghue M., Elbashir S., Geick A., Hadwiger P., Harborth J., John M., Kesavan V., Lavine G., Pandeey R.K., Racie T., Rajeev K.G., Röhl I., Toudjarska I., Wang G., Wuschko S., Bumcrot D., Koteliansky V., Limmer S., Manoharan M. & Vornlocher H. Therapeutic silencing of an endogenous gene by systemic administration of modified sirnas Nature vol. 432 no pp Mikko Lammi Solubiologian web-oppikirja erityisesti