O dogma central da biologia molecular sugere que o DNA contém a informação para codificar todas as nossas proteínas, e três tipos diferentes de RNA traduzem esse código em polipeptídeos de forma bastante passiva. Em particular, o RNA mensageiro (mRNA) carrega o esquema de proteínas do DNA da célula para seus ribossomos, que são as "máquinas" que controlam a síntese de proteínas. O RNA (tRNA) então transfere os aminoácidos apropriados para o ribossomo para incorporação em uma nova proteína. Enquanto isso, os próprios ribossomos são compostos principalmente de moléculas de RNA ribossômico (rRNA).
No entanto, no meio século desde que a estrutura do DNA foi desenvolvida, os cientistas descobriram que o RNA desempenha um papel muito maior do que apenas participar da síntese de proteínas. Por exemplo, descobriu-se que muitos tipos de RNA são catalíticos, o que significa que realizam reações bioquímicas da mesma maneira que as enzimas. Além disso, descobriu-se que muitas outras espécies de RNA desempenham papéis reguladores complexos nacélulas.
Assim, as moléculas de RNA desempenham vários papéis em processos celulares normais e estados de doença. Normalmente, as moléculas de RNA que não assumem a forma de mRNA são chamadas de não codificantes porque não codificam proteínas. Participação de mRNAs não codificantes em muitos processos regulatórios. Sua prevalência e variedade de funções levaram à hipótese de que o "mundo do RNA" poderia preceder a evolução das funções do DNA e do RNA na célula, participação na biossíntese de proteínas.
RNAs não codificantes em eucariotos
Existem várias variedades de RNA não codificante em eucariotos. Mais notavelmente, eles transferem RNA (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA). Como mencionado anteriormente, tanto o tRNA quanto o rRNA desempenham um papel importante na tradução do mRNA em proteínas. Por exemplo, Francis Crick sugeriu a existência de moléculas de RNA adaptadoras que poderiam se ligar ao código de nucleotídeos do mRNA, facilitando assim a transferência de aminoácidos para as cadeias polipeptídicas em crescimento.
O trabalho de Hoagland et al. (1958) de fato confirmou que uma certa fração do RNA celular estava covalentemente ligada a aminoácidos. Mais tarde, o fato de o rRNA ser um componente estrutural dos ribossomos sugeriu que, como o tRNA, o rRNA também não codifica.
Além de rRNA e tRNA, existem vários outros RNAs não codificantes em células eucarióticas. Essas moléculas auxiliam em muitas das importantes funções de armazenamento de energia do RNA na célula, que ainda são enumeradas e definidas. Esses RNAs são frequentemente chamados de pequenos RNAs reguladores (sRNAs).em eucariotos, eles foram ainda classificados em várias subcategorias. Juntos, os RNAs reguladores exercem seus efeitos por meio de uma combinação de pares de bases complementares, complexação com proteínas e sua própria atividade enzimática.
RNA nuclear pequeno
Uma importante subcategoria de pequenos RNAs reguladores consiste em moléculas conhecidas como pequenos RNAs nucleares (snRNAs). Essas moléculas desempenham um papel importante na regulação dos genes através do splicing de RNA. SnRNAs são encontrados no núcleo e geralmente estão fortemente associados a proteínas em complexos chamados snRNPs (pequenas ribonucleoproteínas nucleares, às vezes chamadas de "snurps"). As mais comuns dessas moléculas são as partículas U1, U2, U5 e U4/U6, que estão envolvidas no splicing de pré-mRNA para formar mRNA maduro.
MicroRNA
Outro tema de grande interesse dos pesquisadores são os microRNAs (miRNAs), que são pequenos RNAs reguladores com aproximadamente 22 a 26 nucleotídeos de comprimento. A existência de miRNAs e suas funções contráteis RNAs na célula na regulação gênica foram originalmente descobertos no nematoide C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Desde a descoberta dos miRNAs, eles foram identificados em muitas outras espécies, incluindo moscas, camundongos e humanos. Até agora, várias centenas de miRNAs foram identificados. Pode haver muitos mais (He & Hannon, 2004).
MiRNAs demonstraram inibir a expressão gênica ao reprimir a tradução. Por exemplo, miRNAs codificados por C. elegans, lin-4 e let-7,ligam-se à região 3' não traduzida de seus alvos de mRNA, impedindo a formação de proteínas funcionais em certos estágios do desenvolvimento larval. Até agora, a maioria dos miRNAs estudados parece controlar a expressão gênica ligando-se aos mRNAs alvo por meio de pareamento imperfeito de bases e subsequente inibição da tradução, embora algumas exceções tenham sido observadas.
Pesquisas adicionais mostram que os miRNAs também desempenham um papel importante no câncer e em outras doenças. Por exemplo, a espécie miR-155 é enriquecida em células B derivadas do linfoma de Burkitt, e sua sequência também se correlaciona com uma conhecida translocação cromossômica (troca de DNA entre cromossomos).
Pequeno RNA interferente
Pequeno RNA interferente (siRNA) é outra classe de RNA. Embora essas moléculas tenham apenas 21 a 25 pares de bases, elas também trabalham para silenciar a expressão gênica. Em particular, uma fita de uma molécula de siRNA de fita dupla pode ser incluída em um complexo chamado RISC. Este complexo contendo RNA pode então inibir a transcrição de uma molécula de mRNA que possui uma sequência complementar ao seu componente de RNA.
MiRNAs foram identificados pela primeira vez por seu envolvimento na interferência de RNA (RNAi). Eles podem ter evoluído como um mecanismo de defesa contra vírus de RNA de fita dupla. SiRNAs são derivados de transcritos mais longos em um processo semelhante àquele pelo qual os miRNAs ocorrem e o processamento de ambos os tipos de RNA envolve a mesma enzimaDicer. As duas classes parecem diferir em seus mecanismos de repressão, mas foram encontradas exceções em que os siRNAs exibem comportamentos mais típicos dos miRNAs e vice-versa (He & Hannon, 2004).
RNA nuclear pequeno
Dentro do núcleo eucariótico, o nucléolo é a estrutura na qual ocorre o processamento do rRNA e a montagem ribossômica. Moléculas chamadas de pequenos RNAs nucleolares (snoRNAs) têm sido isoladas de extratos nucleolares devido à sua abundância nesta estrutura. Essas moléculas funcionam para processar moléculas de rRNA, o que geralmente resulta em metilação e pseudouridilatação de nucleosídeos específicos. As modificações são mediadas por uma de duas classes de snoRNAs: famílias C/D-box ou H/ACA-box, que normalmente envolvem a adição de grupos metil ou isomerização de uradina em moléculas de rRNA imaturas, respectivamente.
RNAs não codificantes em procariontes
No entanto, os eucariotos não levaram o mercado para RNAs não codificantes com funções específicas de energia regulatória de RNAs na célula. As bactérias também possuem uma classe de pequenos RNAs reguladores. Os rRNAs bacterianos estão envolvidos em processos que vão desde a virulência até a transição do crescimento para a fase estacionária que ocorre quando uma bactéria se depara com uma situação de privação de nutrientes.
Um exemplo de rRNA bacteriano é o RNA 6S encontrado em Escherichia coli. Esta molécula foi bem caracterizada, com seu sequenciamento inicial ocorrendo em 1980. RNA 6Sé conservado em muitas espécies bacterianas, indicando um papel importante na regulação do gene.
O RNA demonstrou afetar a atividade da RNA polimerase (RNAP), a molécula que transcreve o RNA mensageiro do DNA. O RNA 6S inibe essa atividade ligando-se a uma subunidade da polimerase que estimula a transcrição durante o crescimento. Por meio desse mecanismo, o RNA 6S inibe a expressão de genes que estimulam o crescimento ativo e ajudam as células a entrar na fase estacionária (Jabri, 2005).
Riboswitches
A regulação gênica - tanto em procariontes quanto em eucariotos - é influenciada por elementos reguladores de RNA chamados riboswitches (ou RNA switches). Riboswitches são sensores de RNA que detectam e respondem a sinais ambientais ou metabólicos e, assim, influenciam a expressão gênica.
Um exemplo simples desse grupo é o RNA sensor de temperatura encontrado nos genes de virulência do patógeno bacteriano Listeria monocytogenes. Quando esta bactéria entra no hospedeiro, a temperatura elevada dentro do corpo do hospedeiro derrete a estrutura secundária do segmento na região 5' não traduzida do mRNA produzido pelo gene prfA bacteriano. Como resultado, ocorrem mudanças na estrutura secundária.
Os riboswitches adicionais demonstraram responder a choques de calor e frio em uma variedade de organismos e também regular a síntese de metabólitos, como açúcares e aminoácidos. Embora os riboswitches pareçam ser mais comuns em procariontes, muitos também foram encontrados em células eucarióticas.
