Nové druhy RNA a informácie o ich funkciách pribúdajú extrémnou rýchlosťou. Robia viac ako len prostredníka medzi genetickou informáciou a proteínmi.
S rôznymi typmi RNA sa akoby roztrhlo vrece. Zdroj: istock.com/wektorygrafika. Typy RNA: https://www.genome.gov/about-genomics/educational-resources/fact-sheets/ribonucleic-acid-fact-sheet)
Kedysi sa študenti biológie učili o messengerovej RNA (mRNA) a potom ešte o ribozomálnej RNA (rRNA) a transferovej RNA (tRNA). Ak mal niekto pre RNA slabosť, zapamätal si aj jadierkovú (snRNA, z anglického výrazu small nuclear) a jadrovú RNA (snoRNA, z anglického výrazu small nucleolar). Dnes? Nové druhy RNA aj ich funkcie pribúdajú takou rýchlosťou, že ani profesionáli to nestíhajú všetko sledovať. Zrazu máme miRNA, siRNA, piwiRNA, tiRNA, circRNA, siRNA, lncRNA, asRNA, a kým dočítate tento článok, ešte možno nejaké pribudnú.
Druhú časť zo série článkov pripravila profesorka Iveta Herichová, ktorá pôsobí na Katedre živočíšnej fyziológie a etológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského a dlhodobo sa zaujíma o RNA.
„V neporiadku nájdite jednoduchosť,“ radí Albert Einstein. Zdroj: Wikimedia commons
Ako roztriediť RNA?
Týchto molekúl sú tisíce a o ich funkciách sa môžu písať naozaj hrubé knižky. Tam, kde bol dlho poriadok, je zrazu chaos. Niekto vraví, že nové RNA molekuly sú významné a treba ich študovať. Iný zase tvrdí, že je to len bunkový odpad, biologický šum a že neregulujú zväčša nič. Ako k tomu máme pristúpiť? Ako máme dať nové poznatky o RNA do súladu s naším zaužívaným kompaktným obrazom o funkčnom prejave génov na základe tvorby proteínových „bunkových robotníkov“?
Ak poslúchneme radu génia, zistíme, že na zaradenie RNA nám stačí celkom jednoduchá otázka: Kóduje alebo nekóduje proteíny? Keď to tak nie je, prídu na rad ďalšie otázky: Sú stavebnou súčasťou nejakej organely alebo nie? Ak sa nachádzajú voľne, sú to malé alebo veľké molekuly?
Rozdelenie RNA. Zdroj: archív IH/pharmaceuticalintelligence/wikimediacommons
Ako sme spomenuli v predchádzajúcom článku o RNA, typ RNA, ktorý slúži ako podklad na syntézu proteínov, sa nazýva kódujúca alebo messengerová RNA (mRNA). Makromolekula mRNA je známa už dlhší čas a jej úloha v proteosyntéze sa dlho považovala za najvýznamnejšiu funkciu RNA, aj keď predstavuje len približne 3 až 7 percent RNA nachádzajúcej sa v bunke. A čo zvyšné typy RNA? Ostáva ich ešte veľa. Skúsime teda na to ísť vylučovacou metódou.
Typov RNA pribúda čoraz viac. Zdroj: Wikimedia commons
Maličké bunky, malé molekuly
Všetci vieme, že bunky sú maličké (ak, pravdaže, opomenieme vajíčka, napríklad tie, z ktorých si bežne robíme praženicu) a na ich pozorovanie zväčša potrebujeme mikroskop. Napriek neveľkým rozmerom je vnútro bunky priestorovo organizované. Bunkové organely sú paralelou ľudských orgánov a podobne ako orgány ľudského tela majú v bunke svoje presné miesto aj funkcie. Až 80 až 90 percent všetkej RNA v bunke slúži ako stavebná súčasť organel s názvom odvodeným od RNA – ribozómy. Ribozómy sú miestom, kde sa syntetizujú proteíny a RNA v nich obsiahnutá sa nazýva ribozomálna RNA (rRNA).
Nekódujúce RNA (ncRNA), ktoré neslúžia ako stavebné molekuly, môžeme podľa veľkosti rozdeliť na malé a veľké. Hranicou je veľkosť 200 nukleotidov. Makromolekuly ncRNA, ktoré sú kratšie ako 200 báz, sa nazývajú malé a patria k nim tRNA, tiRNA, miRNA, siRNA, snRNA, snoRNA a piwiRNA.
Reťazec RNA. Zdroj: iStockphoto.com
Jadierková (snoRNA) a jadrová RNA (snRNA) sa nachádzajú v jadre, ale neslúžia tam ako stavebný komponent. Biomolekula snRNA pomáha pri syntéze mRNA; snoRNA zase v jadierku (súčasti jadra) pomáha pri dozrievaní rôznych druhov RNA; snoRNA a snRNA sú v bunke oveľa menej ako rRNA, len necelé percento celkovej RNA.
Priestor medzi organelami je vyplnený tekutinou, ktorá sa nazýva cytoplazma. Práve v nej možno nájsť ostatné typy malých ncRNA.
Medzi najdlhšie známe malé RNA patrí transferová RNA (tRNA), ktorá tvorí 10 až 15 percent všetkej RNA. V posledných rokoch sa ukázalo, že v bunke za stresových podmienok dochádza k jej rozkladu a vznikajú viaceré typy fragmentovanej tRNA, napríklad tiRNA. Zatiaľ čo tRNA slúži ako dekodér genetického kódu a umožňuje prikladanie aminokyselín podľa poradia nukleotidov v mRNA, funkcie tiRNA nie sú ešte celkom objasnené, aj keď je už zrejmé, že tiež súvisia s proteosyntézou.
Nekódujú proteíny, ale blokujú syntézu
O malých ncRNA, miRNA a siRNA ste sa už mohli dočítať v predchádzajúcom článku našej výskumnej skupiny o miRNA. O tom, že miRNA sú skutočne zaujímavé molekuly, svedčí aj skutočnosť, že Nobelova cena za fyziológiu alebo medicínu bola v roku 2024 udelená Victorovi Ambrosovi a Garymu Ruvkunovi za objav miRNA a ich účinkov. Biopolyméry miRNA a siRNA sú maličké molekuly, a preto z princípu nemôžu kódovať proteíny. Aj keď nekódujú poradie aminokyselín, ich funkcie so syntézou proteínov predsa len súvisia. Za asistencie pomocných molekúl sa dokážu naviazať na koniec mRNA a zablokovať syntézu proteínu kódovaného tou-ktorou konkrétnou mRNA.
Tento proces sa môže realizovať viacerými spôsobmi. Syntéza proteínu môže byť len zastavená, ale môže dôjsť aj k úplnej degradácii kódujúcej mRNA. Samozrejme, miRNA ani siRNA takúto významnú reguláciu nedokážu spraviť samy. Ide o tímovú prácu viacerých molekúl vrátane takzvaných argonaut proteínov, ktoré sú prítomné dokonca aj v rastlinách, čo značí, že tento typ inhibície je skutočne evolučne starý a rozšírený.
Transkripcia a translácia DNA a RNA. Zdroj: istock.com/Rujirat Boonyong
Chránia a interagujú
Nukleové kyseliny piwiRNA môžu s pomocou takzvaných PIWI proteínov interagovať priamo s DNA. Ich hlavnou funkciou je chrániť genóm pred zmenami spôsobenými migrujúcimi úsekmi DNA, ktoré začleňovaním sa na nové miesta v chromozómoch môžu spôsobiť mutácie. Makromolekuly piwiRNA dokážu, podobne ako miRNA a siRNA, ovplyvňovať aj expresiu génov kódujúcich proteíny, ibaže sa to deje predovšetkým počas embryonálneho vývinu.
Klin klinom, keď RNA reguluje RNA
Makromolekuly ncRNA dlhšie ako 200 nukleotidov sa nazývajú dlhé RNA a do tejto kategórie patria cirkulárne RNA (circRNA), dlhé nekódujúce RNA (lncRNA) a antisense RNA (asRNA). Cirkulárne RNA znižujú účinnosť miRNA tým, že ich vychytávajú a takto im bránia vo väzbe na mRNA. Môžu tak ovplyvňovať aj iné typy molekúl. V tomto smere nie sú nepodobné lnaRNA a asRNA, ktoré môžu interagovať s DNA, RNA aj proteínmi a ovplyvňovať ich funkcie.
Využime ich vo svoj prospech
A tak si cytoplazmu môžeme predstaviť ako preplnené trhovisko, kde molekuly do seba narážajú ako ľudia v tlačenici a kde sa stretávajú známi aj neznámi a v podstate často náhodnými interakciami si navzájom bránia v ceste. Interakcie medzi molekulami sú o to silnejšie, čím viac sú si sekvencie interagujúcich molekúl podobné. Ak sú interakcie naozaj silné, výskumníci sa ich snažia využiť na cielené ovplyvňovanie bunkových procesov.
Veľmi podobne to vyzerá aj v cytoplazme, ibaže v mikroskopických rozmeroch. Zdroj: Wikimedia commons
Aj keď sa jednotlivé triedy RNA líšia veľkosťou, funkciami a početnosťou, zdá sa, že každý typ RNA predsa len nejako ovplyvňuje proteosyntézu. Faktom je aj to, že RNA a proteíny patria k sebe. Rozdiel medzi pôvodnou koncepciou a tou novodobou spočíva najmä v tom, že RNA robia viac ako len prostredníka medzi genetickou informáciou uloženou v jadre a proteínmi realizujúcimi bunkové funkcie v cytoplazme. RNA proteosyntézu aj regulujú. RNA molekuly môžu ovplyvňovať proteosyntézu globálne alebo môžu špecificky regulovať tvorbu niektorých konkrétnych proteínov.
Práve špecifické regulácie konkrétnych proteínových molekúl viedlo bádateľov k myšlienke, že by sa možno RNA s presne nadizajnovanými sekvenciami dali využiť v medicíne. Tento nový druh interakcií sa v súčasnosti vedci snažia využiť pri monitorovaní a liečení celej palety ochorení vrátane onkologických. To však už bude predmetom ďalších kapitol o RNA.
(JM)
