RNA-Biologie und -Prozessierung

Die RNA-Biologie und -Prozessierung ist der Bereich der Molekularbiologie, der sich damit befasst, wie Ribonukleinsäure in der Zelle hergestellt, gereift, modifiziert, transportiert, verwendet und abgebaut wird. Sie umfasst die klassischen Rollen der RNA als Vermittler zwischen Gen und Protein – Boten-, Transfer- und ribosomale RNA – sowie die expandierende Welt der regulatorischen nicht-kodierenden RNAs, die die Genexpression eigenständig steuern.

Definition

RNA-Biologie und -Prozessierung ist die Untersuchung der Synthese, posttranskriptionellen Modifikation, Funktion und des Umsatzes der RNA-Moleküle der Zelle, einschließlich der kodierenden RNAs des Translationsapparats und der nicht-kodierenden RNAs, die die Genexpression regulieren.

Scope

Dieser Bereich führt den Leser in die Hauptklassen der RNA und die sie prägenden Prozessierungsschritte ein: Capping, Spleißen und Polyadenylierung der Boten-RNA; die Reifung von Transfer- und ribosomalen RNAs; die Ribosomenassemblierung; sowie die Biogenese und Funktion regulatorischer nicht-kodierender RNAs. Er rahmt diese als zusammenhängende Reihe von Bildungsthemen innerhalb der Molekularbiologie ein und nicht als klinische Leitlinie.

Sub-topics

• mRNA-Prozessierung und -Reifung
• Nicht-kodierende RNA und regulatorische Funktionen
• Ribosomale RNA und Ribosomenbiogenese
• RNA-Spleißen und alternatives Spleißen
• Transfer-RNA und Aminoacyl-tRNA-Synthetasen

Core questions

• Wie wird ein primäres Transkript in eine funktionelle, reife RNA umgewandelt?
• Wie tragen die verschiedenen RNA-Klassen – mRNA, tRNA, rRNA und nicht-kodierende RNA – jeweils zur Genexpression bei?
• Wie werden RNA-Prozessierungsschritte koordiniert, reguliert und Korrektur gelesen?
• Wie verändert die katalytische RNA-Aktivität (Ribozym) die Sichtweise der RNA als mehr als nur ein passiver Botenstoff?

Key concepts

• Posttranskriptionelle Prozessierung
• Boten-, Transfer- und ribosomale RNA
• Nicht-kodierende und regulatorische RNA
• Ribozym (katalytische RNA)
• RNA-Protein-Komplexe (Ribonukleoproteine)
• RNA-Reifung und -Umsatz

Key theories

RNA-Welt / katalytische RNA

Die Entdeckung, dass RNA als Katalysator (ein Ribozym) wirken kann, beispielhaft dargestellt durch den selbstspleißenden Tetrahymena-Intron, etablierte, dass RNA sowohl chemische Reaktionen als auch Informationen ausführt, was die Vorstellung unterstützt, dass RNA in der frühen Biologie Proteinen und DNA vorausging.

Mechanisms

RNA-Polymerasen erzeugen primäre Transkripte, die selten in ihrer ursprünglichen Form funktionsfähig sind. Boten-RNAs werden mit einer Kappe versehen (capped), gespleißt und polyadenyliert; Transfer- und ribosomale RNAs werden gespalten, getrimmt, chemisch modifiziert und gefaltet; und ribosomale Untereinheiten werden mit ihren RNA-Kernen assembliert. Viele dieser Schritte werden von RNA-Protein-Maschinen durchgeführt oder unterstützt, und einige durch RNA-Katalyse selbst, wie der selbstspleißende Intron zuerst zeigte. Jenseits des Translationsapparats produziert ein großer Teil des Genoms nicht-kodierende RNAs, die andere Moleküle leiten, als Gerüst dienen oder stilllegen, wodurch RNA sowohl Substrat als auch Agens der Regulation ist.

Clinical relevance

Da die RNA-Prozessierung nahezu die gesamte Genexpression untermauert, sind Störungen beim Spleißen, der RNA-Modifikation oder der Ribosomenassemblierung mit einer Reihe menschlicher Krankheiten verbunden, und RNA selbst ist zu einer Plattform für Diagnostika und Therapeutika geworden. Dieser Bereich beschreibt die Biologie, auf der solche Anwendungen basieren; er dient als Bildungshintergrund und nicht als Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

History

Das Bild der RNA als einfacher Botenstoff zwischen DNA und Protein, das Mitte des 20. Jahrhunderts vorherrschte, wurde stetig komplexer: Geteilte Gene und Spleißen wurden in den späten 1970er Jahren entdeckt, katalytische RNA in den frühen 1980er Jahren und Wellen von regulatorischen nicht-kodierenden RNAs ab den 1990er Jahren. Jede Entdeckung erweiterte das Feld von der Prozessierung kodierender Transkripte zu einer breiteren Biologie, in der RNA gleichzeitig Information, Maschine und Regulator ist.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Joan Steitz

Seminal works

• kruger-1982
• cech-2014

Frequently asked questions

Ist RNA nur ein Botenstoff zwischen DNA und Protein?

Nein. Während Boten-RNA kodierende Informationen trägt, ist die Zelle auch auf Transfer- und ribosomale RNAs für die Translation und auf viele nicht-kodierende RNAs angewiesen, die die Genexpression regulieren, und einige RNAs sind katalytisch.

Warum muss RNA überhaupt prozessiert werden?

Primäre Transkripte sind in der Regel unreif; Capping, Spleißen, Trimmen und chemische Modifikation wandeln sie in stabile, korrekt gefaltete, funktionelle Moleküle um und bieten Ansatzpunkte für die Regulation.