Наследственная информация, записанная с помощью генетического кода, хранится в молекулах ДНК и размножается для того, чтобы обеспечить вновь образуемые клетки необходимыми «инструкциями» для их нормального развития и функционирования. Вместе с тем непосредственного участия в жизнеобеспечении клеток ДНК не принимает. Роль посредника, функцией которого является перевод наследственной информации, сохраняемой в ДНК, в рабочую форму, играют рибонуклеиновые кислоты — РНК.

Мрнк (мРНК, синоним — информационная РНК, иРНК) отвечает за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам синтеза белков. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется при трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов. Длина типичной зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов. Длинные мРНК отмечены у (+) оц РНК-содержащих вирусов, например пикорнавирусов, однако следует помнить, что в этих вирусов мРНК образует весь их геном.

Однако подавляющее большинство РНК не кодируют белок. Некодирующие РНК могут выполнять либо инфраструктурные, либо регуляторные функции. К инфраструктурным некодирующим РНК относят рРНК, тРНК и малые ядерные РНК [4]. Для синтеза белков они необходимы не меньше, чем матричная РНК (мРНК), несущая информацию о необходимой последовательности аминокислот: рРНК являются компонентом рибосом, непосредственно синтезирующих белки, а тРНК «подносят» к рибосомам аминокислоты из которых и синтезируется полипептидная цепь. Малые ядерные РНК участвуют в сплайсинге (процесс удаления интронов из незрелой мРНК) и регуляции РНК-полимеразы II — фермента, осуществляющего транскрипцию предшественников мРНК, микроРНК и самих мяРНК [7]. Гены рРНК, тРНК и мяРНК относятся к генам «домашнего хозяйства» (housekeeping genes), и мутации в них несовместимы с жизнью.

Регуляторные некодирующие РНК можно разделить на малые (20–400 нуклеотидов) и длинные (от 200–400 до десятков тысяч нуклеотидов) [2–4,9]. Все они участвуют в модификации других РНК и играют важную роль в регуляции экспрессии генов на разных уровнях.

Напомним, что понятие «экспрессия» объединяет все процессы, благодаря которым по информации, закодированной в конкретном гене (последовательности нуклеотидов ДНК), синтезируется либо некодирующая РНК, либо белковый продукт. Регуляции могут подвергаться такие составляющие процесса экспрессии, как метилирование генов, транскрипция, трансляция, сплайсинг РНК и посттрансляционные модификации белков.

Транспортные РНК (тРНК). Малые, состоящие из примерно 80 нуклеотидов, молекулы с консервативной третичной структурой. Они переносят специфические аминокислоты к месту синтеза пептидной связи в рибосоме. Каждая тРНК содержит участок для присоединения аминокислоты и антикодон для узнавания и присоединения к кодона мРНК. Антикодон образует водородные связи с кодоном, что помещает тРНК в положение, способствует образованию пептидной связи между последней аминокислотой образованного пептида и аминокислотой, присоединенной к тРНК.

Рибосомальные РНК (рРНК). Каталитическая составляющая рибосом. Эукариотические рибосомы содержат четыре типа молекул рРНК: 18S, 5.8S, 28S и 5S. Три из четырех типов рРНК синтезируются в полисом. В цитоплазме рибосомальные РНК соединяются с рибосомальной белками и формируют нуклеопротеин, называемый рибосомой. Рибосомы присоединяется к мРНК и синтезирует белок. рРНК составляет до 80% РНК, оказывается в цитоплазме эукариотической клетки.

Необычный тип РНК, который действует в качестве тРНК и мРНК (тмРНК) обнаружен во многих бактериях и пластидах. При остановке рибосомы на дефектных мРНК без стоп-кодонов тмРНК присоединяет с пептид, направляет белок на деградацию.

Малые интерферирующие РНК (миРНК, 20-25 нуклеотидов) часто образуются в результате расщепления вирусных РНК, но существуют и эндогенные клеточные миРНК. Малые интерферирующие РНК также действуют через РНК-интерференцию по сходным с микро-РНК механизмам. К ним относятся:

· Короткие интерферирующие РНК, киРНК — «шаблоны» для поиска в цитоплазме и уничтожения молекул мРНК — имеют длину 20–25 нуклеотидов и «особую примету»: по 2 неспаренных нуклеотида на 3′-концах и фосфорилированные 5′-концы. Анти-смысловая киРНК способна (не сама, конечно, а с помощью RISC-комплекса) распознавать мРНК и специфически вызывать её деградацию.

· МикроРНК (21-22 нуклеотида в длину) найдены у эукариот и воздействуют через механизм РНК-интерференции. При этом комплекс микроРНК и ферментов может приводить к метилирования нуклеотидов в ДНК промотора гена, служит сигналом для уменьшения активности гена. При использовании другого типа регуляции мРНК, комплементарная микроРНК, деградирует. Однако есть и миРНК, которые увеличивают, а не уменьшают экспрессию генов.

· пиРНК — короткие молекулы длиной в 24–30 нуклеотидов, закодированные в центромерных и теломерных областях хромосомы. Последовательности многих из них комплементарны известным мобильным генетическим элементам, однако есть множество других пиРНК, совпадающих с участками рабочих генов или с фрагментами генома, функции которых неизвестны. Процессинг и активность пиРНК пока достаточно плохо изучены, но уже ясно, что механизм действия совершенно отличается от других коротких РНК — сегодня предложена пинг-понг модель их работы.

Малая ядерная РНК, мяРНК (small nuclear RNA, snRNA) — н ебольшая группа коротких (100—300 н.) некодирующих белки неполиаденилированных РНК, которые функционируют в нуклеоплазме. МяРНК подразделяют на два класса на базе общих нуклеотидных последовательностей и белковых кофакторов, взаимодействующих с ними: а) РНК, характеризующиеся 5'-триметилгуанозиновым кэпом (см. Кэп, метилированный кэп) и сайтом связывания для специфических белков (U1, U2, U4, U4atac, U5, U7, U11 и U12) и б) РНК, содержащие монометилдифосфатный кэп, сайт связывания для группы специфических белков и заканчивающиеся участком, состоящим из уридинов (U6 и U6atac). За исключением U7 мяРНК, которая участвует в процессинге гистоновых пре-мРНК, другие богатые уридином мяРНК (в форме сяРНП) формируют стержень сплайсосомы (см. Сплайсосома) и катализируют удаление интронов из всех остальных пре-мРНК. Аккуратное удаление интронных последовательностей осуществляется благодаря комплементарным взаимодействиям спаривающихся оснований между мяРНК сплайсосом и участками, расположенными на границе между экзонами и интронами в пре-мРНК. В ходе реакции сплайсинга (см. Сплайсинг) специфические и динамические взаимодействия спаривающихся оснований происходят как среди, так и между самими мяРНК. В этом процессе участвуют также более 150 белков-партнеров. (альтернативный сплайсинг).

Длинные некодирующие РНК (lncRNAs) — некодирующие РНК, которые как правило имеют длину более 200 нуклеотидов, и расположены в ядре или в цитоплазме. Точное количество lncRNAs в клетках человека до сих пор неизвестно. Предполагается, что в геноме человека присутствуют около 15000 lncRNAs. Недавние исследования показали, что lncRNAs регулируют многие процессы, такие как транскрипция, трансляция, клеточная дифференцировка, регуляция экспрессии генов и регуляция клеточного цикла[2]. Также IncRNAs могут функционировать как онкогены или как опухолевые супрессоры.

7SL РНК является частью сложного нуклеопротеидного комплекса (SRP), который распознает пептидный сигнал и связывается с рибосомой для прекращение синтеза белка. SRP-рецептор-это белок, который встроен в мембрану и который содержит трансмембранную пору. Когда SRP-рибосомный комплекс связывается с SRP-рецептором, SRP высвобождает рибосому и дрейфует. Рибосома возобновляет синтез протеина, но теперь протеин двигает через пору трансмембраны SRP-приемного устройства. Таким образом, SRP направляет движение белков внутри клетки для связывания с трансмембранной порой, которая позволяет белку пересекать мембрану туда, где это необходимо. РНК и белковые компоненты этого комплекса хорошо сохраняются, но различаются в разных царствах жизни. Общее семейство синусов Alu, вероятно, произошло от гена РНК 7SL после удаления центральной последовательности. Эукариотический SRP состоит из 300-нуклеотидной 7S РНК и шести белков: SRPs 72, 68, 54, 19, 14, и 9. Архейский SRP состоит из 7S РНК и гомологов эукариотических белков SRP19 и SRP54. Эукариотические и архейские 7s РНК имеют очень похожие вторичные структуры. В большинстве бактерий SRP состоит из молекулы РНК (4,5 С) и белка Ffh (гомолог эукариотического белка SRP54). Некоторые грамположительные бактерии (например, Bacillus subtilis) имеют более длинную ЭУКАРИОТОПОДОБНУЮ РНК SRP, которая включает домен Alu.[4]