Биология и процессинг РНК
Биология и процессинг РНК — это область молекулярной биологии, изучающая, как рибонуклеиновая кислота образуется, созревает, модифицируется, транспортируется, используется и деградирует внутри клетки. Она охватывает как классические роли РНК в качестве посредника между геном и белком — матричную, транспортную и рибосомальную РНК — так и расширяющийся мир регуляторных некодирующих РНК, которые самостоятельно контролируют экспрессию генов.
Definition
Биология и процессинг РНК — это исследование синтеза, посттранскрипционной модификации, функции и оборота молекул РНК клетки, включая кодирующие РНК аппарата трансляции и некодирующие РНК, регулирующие экспрессию генов.
Scope
Эта область знакомит читателя с основными классами РНК и процессами процессинга, которые их формируют: кэпированием, сплайсингом и полиаденилированием матричной РНК; созреванием транспортных и рибосомальных РНК; сборкой рибосом; а также биогенезом и функцией регуляторных некодирующих РНК. Она представляет их как взаимосвязанный набор образовательных тем в рамках молекулярной биологии, а не как клиническое руководство.
Sub-topics
Core questions
- Как первичный транскрипт превращается в функциональную, зрелую РНК?
- Как различные классы РНК — мРНК, тРНК, рРНК и некодирующие РНК — каждый вносит вклад в экспрессию генов?
- Как координируются, регулируются и проверяются этапы процессинга РНК?
- Как активность каталитической РНК (рибозима) меняет представление о РНК как о чем-то большем, чем пассивный посредник?
Key concepts
- Посттранскрипционный процессинг
- Матричная, транспортная и рибосомальная РНК
- Некодирующая и регуляторная РНК
- Рибозим (каталитическая РНК)
- РНК-белковые комплексы (рибонуклеопротеины)
- Созревание и оборот РНК
Key theories
- Мир РНК / каталитическая РНК
- Открытие того, что РНК может действовать как катализатор (рибозим), примером чего является самосплайсирующийся интрон Tetrahymena, установило, что РНК осуществляет как химические реакции, так и передачу информации, подтверждая идею о том, что РНК предшествовала белку и ДНК в ранней биологии.
Mechanisms
РНК-полимеразы генерируют первичные транскрипты, которые редко бывают функциональными в исходном виде. Матричные РНК кэпируются, сплайсируются и полиаденилируются; транспортные и рибосомальные РНК расщепляются, обрезаются, химически модифицируются и сворачиваются; а рибосомальные субъединицы собираются со своими РНК-сердцевинами. Многие из этих этапов выполняются или поддерживаются РНК-белковыми машинами, а некоторые — самой РНК-катализом, как это впервые показал самосплайсирующийся интрон. Помимо аппарата трансляции, значительная часть генома продуцирует некодирующие РНК, которые направляют, служат каркасом или подавляют другие молекулы, делая РНК одновременно субстратом и агентом регуляции.
Clinical relevance
Поскольку процессинг РНК лежит в основе почти всей генной экспрессии, нарушения в сплайсинге, модификации РНК или сборке рибосом связаны с рядом заболеваний человека, а сама РНК стала платформой для диагностики и терапии. Эта область описывает биологию, на которой основаны такие применения; она является образовательной базой, а не основой для индивидуальной диагностики или лечения.
History
Представление о РНК как о простом посреднике между ДНК и белком, сложившееся в середине XX века, постепенно усложнялось: расщепленные гены и сплайсинг были открыты в конце 1970-х годов, каталитическая РНК — в начале 1980-х, а волны регуляторных некодирующих РНК — с 1990-х годов и далее. Каждое открытие расширяло область от процессинга кодирующих транскриптов до более широкой биологии, в которой РНК является одновременно информацией, машиной и регулятором.
Key figures
- Thomas Cech
- Sidney Altman
- Phillip Sharp
- Richard Roberts
- Joan Steitz
Related topics
Seminal works
- kruger-1982
- cech-2014
Frequently asked questions
- Является ли РНК только посредником между ДНК и белком?
- Нет. Хотя матричная РНК несет кодирующую информацию, клетка также зависит от транспортных и рибосомальных РНК для трансляции и от многих некодирующих РНК, которые регулируют экспрессию генов, а некоторые РНК являются каталитическими.
- Почему РНК вообще нуждается в процессинге?
- Первичные транскрипты обычно незрелые; кэпирование, сплайсинг, обрезка и химическая модификация превращают их в стабильные, правильно свернутые, функциональные молекулы и обеспечивают точки регуляции.