RNA molekülleri hakkındaki klasik bilgi, bunların kısa ve tipik olarak kısa ömürlü oldukları yönündeydi. Bunlar, hücre tarafından DNA bölümlerinin geçici kopyaları olarak kullanılıyordu. Tipik bir örnek messenger (haberci) RNA’dır (mRNA). Messenger RNA, genetik bilgiyi DNA’dan ribozoma aktaran bir RNA molekülü ailesidir. Bu, gen ekspresyonunun protein ürünlerinin amino asit dizisini belirler. Messenger RNA moleküllerinin ömrü transkripsiyondan itibaren kısadır.
Ribozom, hücrelerde protein sentezleyen bir fabrikadır. Ribozomal RNA (rRNA) molekülleri ve proteinlerden oluşur. Ribozom, mRNA şablonunun her kodonunu veya üç nükleotit kümesini çevirir ve onu uygun amino asitle eşleştirir. Amino asit, transfer RNA (tRNA) molekülü tarafından sağlanır. Transfer ribonükleik asit (tRNA), bir RNA molekülüdür. tRNA, messenger RNA (mRNA) dizisinin kodunu bir proteine dönüştürmeye yardımcı olur. tRNA’lar, translasyon sırasında ribozomun belirli bölgelerinde işlev görür.
Kodlanmayan RNA
Moleküler biyolojinin merkezi dogması, genetik aktiviteleri anlamamızda önemli bir etki yaptı. Merkezi dogma, genlerin protein kodlayan bilgi depoları olduğu varsayımını savunuyordu. Proteinler, tüm hücrelerdeki önemli biyolojik fonksiyonların çoğundan sorumluydu. Dolayısıyla RNA, DNA ile protein arasındaki boşluğu dolduran pasif bir aracı olarak görülüyordu. Protein oluşumuna doğrudan katılmayan RNA’lara örnek olarak tRNA ve rRNA; protein oluşumunda başka işlevleri de vardır. Bu iki moleküle klasik fonksiyonel kodlanmayan RNA (ncRNA) molekülleri denilebilir. Bunlar, genomdaki en yaygın kodlanmayan RNA türleridir. Bu yapısal RNA’lar, evrimsel olarak yüksek oranda korunmuştur. Tüm yaşam formlarında bulunur.
Diğer fonksiyonel RNA’lar hakkında çok az şey biliniyordu. tRNA ve rRNA’nın yanı sıra fonksiyonel RNA’ların da çok nadir olduğu düşünülüyordu. Bu görüş, yirminci yüzyılın son on yılında, ncRNA’ların tanımlanmasıyla büyük bir değişime uğradı. Bu, çeşitli genomların taranması sırasında oldu. Protein kodlanmasında doğrudan yer almayan birçok fonksiyonel RNA molekülü vardır. Bunlar, başka düzenleyici işlevlere sahiptir. Bu gerçekler bilinmiyordu ve genomun büyük bir kısmı, iyi anlaşılmadığı için çöp olarak görülüyordu. Genomun bu çöp kısımlarının, alternatif birleştirme, epigenetik varyasyonların kontrolü vb. dahil olmak üzere yaşam için hayati önem taşıyan işlevlerin anahtarlarını tuttuğu gün ışığına çıktı.
Francis Crick, mRNA’nın nükleotid koduna bağlanabilen adaptör RNA moleküllerinin varlığını öne sürdü. Bu, amino asitlerin büyüyen polipeptit zincirlerine transferini kolaylaştırır. Sonrasında hücresel RNA’nın belirli bir kısmının amino asitlere kovalent olarak bağlandığını doğrulandı. Daha sonra rRNA’nın ribozomların yapısal bir bileşeni olduğunun bulunması, tRNA gibi rRNA’nın da kodlanmadığını ortaya koydu. Ökaryotik hücrelerde rRNA ve tRNA’ya ek olarak kodlanmayan başka RNA’lar da mevcuttur. Bu moleküller halen sayılmakta ve tanımlanmakta olan birçok temel fonksiyona yardımcı olmaktadır. Grup olarak bu RNA’lara sıklıkla küçük düzenleyici RNA’lar (sRNA’lar) adı verilir. Bu düzenleyici RNA’lar, üç yolla etkili olur: 1. Tamamlayıcı baz eşleşmesi, 2. Proteinlerle kompleks oluşturma, 3. Enzimatik aktiviteleri. RNA’lar, diğer RNA’lar ve DNA’larla sekansa özgü bir şekilde etkileşime girebilir. Bu, yüksek düzeyde spesifik nükleotid tanıma gerektiren görevlerde çok önemlidir. Gen ekspresyonunu düzenleyen mikro RNA’lar (miRNA’lar) ve gen susturulması için RNA interferans (RNAi) yollarında yer alan küçük interferans RNA’lar (siRNA) sadece iki örnektir. Mikro RNA (miRNA), küçük nükleer RNA (snRNA) ve küçük nükleolar RNA (snoRNA), bu küçük ncRNA kategorisinin diğer örnekleridir. NcRNA’nın fonksiyonları: transkripsiyon, translasyon kontrolü, translokasyon, RNA işleme ve modifikasyonu, kromozom replikasyonu.
Kodlanmayan RNA dizilerinde uzun kodlanmayan RNA’lar, küçük kodlanmayan RNA’lar gibi fonksiyonel moleküllerdir. Bunların, hücresel gelişimde ve hastalıklarda birçok etkisi vardır. Birçok ncRNA sınıfının düzenleyici rolü geniş çapta kabul edilmektedir ancak uzun intronik ncRNA’lar çok az ilgi görmüştür. Son on yılda intronik bölgelerin düzenleyici ncRNA’ların temel kaynakları olduğu ortaya çıkmıştır. Ökaryotik genomun çoğu kopyalanır ve protein kodlanma kapasitesi çok az olan veya hiç olmayan on binlerce uzun kodlanmayan RNA’yı içeren karmaşık bir transkript ağı elde edilir. Başlangıçta bunların transkripsiyonel gürültü olduğu düşünülüyordu ancak artık bu uzun kodlanmayan transkriptlerin önemli bir kısmının hücre tipine özgü ekspresyona sahip olduğu ve hastalıklarla ilişkili olduğu açıktır.
Organizmalarda çok sayıda kodlanmayan RNA molekülü tanımlanmıştır ve liste sürekli büyümektedir. Yeni keşfedilen ncRNA’ların çoğuna bir işlev atanamamıştır. Fonksiyonun bilindiği nadir durumlarda da altta yatan moleküler mekanizmalar genellikle yeterince anlaşılmamaktadır. Ayrıca çalışmaların, RNA’ları protein kodlayan veya kodlanmayan olarak kesin olarak sınıflandırmanın zor olduğunu gösterdiğine de dikkat edilmelidir. Protein kodlayan ve kodlamayan transkriptler üst üste gelebilir, bazı transkriptler RNA düzeyinde doğal olarak işlev görebilir ve ayrıca proteinleri kodlayabilir.
Yaygın olarak incelenen bazı RNA molekülleri:
rRNA
Ribozomal RNA (rRNA), klasik ncRNA olarak adlandırılabilecek kodlanmayan bir RNA molekülüdür. 1951-1965 yılları arasında moleküler biyolojinin başlangıcı sırasında keşfedilmiştir ve bu nedenle iyi çalışılmış bir örnektir. rRNA moleküllerinin uzunluğu 600-900 nükleotid civarındadır. Ancak, bunlar hala küçük kodlanmayan RNA ile birlikte incelenmektedir. rRNA’nın fonksiyonları büyük ölçüde ikincil yapıdan türetilen üçüncül yapıya bağlıdır.
miRNA
Mikro RNA (miRNA), hayvanlar, bitkiler ve bazı virüslerde bulunan, yaklaşık yirmi iki nükleotit uzunluğunda, kodlanmayan küçük bir RNA molekülüdür. Bu moleküller transkripsiyon sonrası gen ekspresyonunu negatif olarak düzenler. Ökaryotik hücrelerdeki birçok gen, mRNA’ya kopyalanmayarak susturulur. Ancak, bazı durumlarda kopyalanan genler, transkripsiyon sonrası mekanizmalarca susturulmaktadır. Bu, onların translasyonunu engellemektedir. Mikro RNA’lar (miRNA’lar), translasyonu kontrol eden bir molekül kümesidir. Basit bir ifadeyle miRNA’lar, çoğunlukla tek sarmallı olan RNA içindeki küçük hairpin’lerden kaynaklanan çift sarmallı RNA’nın bölünmesiyle üretilir. miRNA’lar proteinlerle birleşerek mRNA moleküllerine bağlanan ve translasyonu engelleyen bir kompleks oluşturur. miRNA’lar, mRNA molekülleri içindeki tamamlayıcı dizilerle baz eşleşmesi yoluyla işlev görür. Bazen, mRNA’nın susturulması ribozomların proteinleri daha az verimli translasyonuna yol açar. Gen ekspresyonunun transkripsiyon sonrası kontrolünün yanı sıra, mikro RNA’ların kanser, metabolik hastalıklar ve viral enfeksiyonlar gibi durumlarda önemli rolleri olduğu bulunmuştur. Bu, miRNA’ların terapötik modülasyonuyla bu hastalıklar için bir ilaç hedefi olma potansiyeli olan bir molekül sınıfını temsil ettiğini gösterir.
snRNA
snRNA aynı zamanda U-RNA (üridinden zengin anlamına gelen U) olarak da adlandırılır. Üridin, bir riboz halkasına bağlı urasil içeren glikosile edilmiş bir pirimidin analoğudur. Yüksek ökaryotlarda snRNA moleküllerinin uzunluğu yaklaşık 80 ila 350 nükleotiddir. Bunlar ya RNA polimeraz II ya da III tarafından kopyalanır. Araştırmalar, bunların birincil işlevinin çekirdekteki mRNA’nın işlenmesi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, transkripsiyon faktörlerinin ve RNA polimeraz II’nin düzenlenmesine yardımcı oldukları ve telomerleri korudukları da gösterilmiştir.
Biyokimyasal, genetik ve yapısal kanıtlar, snRNA’ların spliceozomların katalitik merkezinin anahtar bileşenleri olduğunu göstermektedir. snRNA’lar, spliceozomlar oluşturmak için eklenmemiş birincil RNA (pre-mRNA) transkriptinde kullanılan snRNP’leri (küçük nükleer ribonükleoproteinler) oluşturmak için proteinlerle kompleksler oluşturur. Bu nedenle, küçük nükleer RNA’lar spliceozomların temel parçalarıdır.
snoRNA
Küçük nükleolar RNA’lar (snoRNA’lar), küçük ncRNA’ların bir sınıfıdır. Ribozomal RNA’nın modifikasyonunda ve işlenmesinde önemli bir rol oynarlar. Bölgeye özgü rRNA modifikasyonuna rehberlik ederler. İşlevleri, bulundukları tüm organizma türlerinde benzerdir. Bu moleküllerin, diğer küçük kodlanmayan RNA türleri, özellikle miRNA ile büyük benzerliklere sahip olduğu bulunmuştur. Bölgeye özgü rRNA modifikasyonunun yanı sıra, snoRNA’lar spliceozomal rRNA’yı da hedefler.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, kodlanmayan genomun birçok sürprizi barındıran bir bölge olduğu artık kabul edilmektedir. Ancak genlerdeki intronik alanın da kendine göre sürprizleri vardır. snoRNA’ların ökaryotların intronik bölgelerinden kodlandığı bulunmuştur. Bir intron genellikle bir snoRNA genini taşır. Ancak, bir konakçı gen, farklı intronlarda birkaç snoRNA genini taşıyabilir. snoRNA’lar ayrıca, bazıları işlevsellik sergileyen miRNA’ya benzer daha küçük moleküllere işlenir. Küçük nükleolar RNA’lar (snoRNA’lar) RNA modifikasyonunu yönlendirir. Çalışmalar, bir insan ve bir protozoan snoRNA’nın, miRNA benzeri RNA’lara işlenebileceğini göstermektedir.
LncRNA
Uzun kodlanmayan RNA’lar (lncRNA’lar), bu moleküllerin birçok süreçte kritik rol oynadığına dair kanıtların artmasıyla büyük ilgi gördü. Epigenetik düzenleme, kromatin modelleme, gen transkripsiyonu, protein taşınması, hücre farklılaşması, organ veya doku gelişimi, hücresel taşıma, metabolik süreçler ve kromozom dinamikleri sadece birkaç örnektir.
Uzun kodlanmayan RNA’lar işlevsel olarak heterojendir. Transkripsiyon ve hücre içi trafikten kromozomun yeniden modellenmesine kadar tüm süreçlerde yer almak için DNA, proteinler ve diğer RNA’larla etkileşime girerler. LncRNA’ların, kanserlerde sıklıkla serbest bırakılan büyüme, farklılaşma ve hücre kimliğinin oluşturulması gibi karmaşık hücresel davranışları kontrol ettiği gözlemlenmiştir.
LncRNA’lar, kanser dışında, bazı hastalıklarla da ilişkilidir. Bunlar, kardiyovasküler hastalıklar, nörolojik bozukluklar, diyabet, AIDS ve Alzheimer’dır. Kapsamlı LncRNA-Hastalık veritabanı (http://www.cuilab.cn/lncrnadisease) 200’den fazla lncRNA-hastalık ilişkisi sağlar. 300’den fazla lncRNA, karmaşık insan hastalıklarında kritik bir rol oynamaktadır. Bir lncRNA’nın, bu moleküllerin fonksiyonel çeşitliliği nedeniyle birçok hastalık türüne karıştığı bulunmuştur. Ancak, çoğu lncRNA’nın biyolojik süreçlerdeki genel özellikleri bilinmiyor.
Sonuç Olarak
Moleküler biyolojinin ilk günlerinde, kodlanmayan gen büyük ölçüde göz ardı edildi. Ama, organizmaların biyogenezinin çeşitli aşamalarındaki rolü ortaya çıkınca, ilgi odağı haline geldi. Moleküler biyolojinin ilk zamanlarından beri bilinen kodlanmayan RNA molekülleri, tRNA ve rRNA’dır. Bu moleküllerin protein oluşumundaki merkezi rolleri iyi anlaşılmıştır. Ökaryotik genomun kodlanmayan kısmı, bazı kodlanmayan RNA’ların oluşumundan sorumludur. Sonraki araştırmalarda, küçük kodlanmayan RNA dizileri keşfedilmiştir. Bunlar, miRNA, siRNA, snRNA ve snoRNA’dır. Bu dizilerin, protein oluşumunda önemli düzenleyici rolleri vardır. Bu moleküllerin derinlemesine incelenmesi, gen ekspresyonunun anlaşılması için hayati önemdedir. Bu, genetik hastalıkların oluşumunu kontrol eder. Bu moleküllerdeki anormallikler veya mutasyonlar, genetik olmayan hastalıklara yol açabilir.
İnsan genomu, uzun ncRNA adlı bir dizi kodlanmayan RNA moleküllerini kodlar. Bu, genomun kodlanmayan kısmıdır. Bunlar genomik çağda bile transkripsiyonel gürültü olarak göz ardı edildi ancak çeşitli biyolojik süreçlerde kritik roller oynadıkları ve bu moleküllerin, farklı gen ekspresyonu seviyelerinde düzenleyici olduğu bulunmuştur. Bu görevler, kromatin organizasyonu ve gen düzenlemesini kapsar. Ayrıca, transkripsiyon sonrası kontrol de vardır. Bu, uzun ncRNA’ların hücre biyogenezini ve gelişimi, hastalıkları kontrol ettiğini gösterir. Araştırmalar, bu uzun ncRNA moleküllerindeki mutasyon ve düzensizliklerin, nörodejenerasyondan kansere kadar çeşitli insan hastalıklarıyla bağlantılı olduğunu kanıtlıyor. Bu gerçeklerden, bu tür moleküllerin incelenmesinin neden önemli olduğu açıktır. Ayrıca, ilaç keşfinde de araştırılmaktadır.
Kodlanmayan RNA molekülleri, moleküler biyolojinin merkezindedir.
Referans
- George, T.P., Subramanian, S. & Supriya, M.H. A brief review of noncoding RNA. Egypt J Med Hum Genet 25, 98 (2024). https://doi.org/10.1186/s43042-024-00553-y
Laniakea 
Yorum bırakın