Den ribonucleinsyre eller RNA (på engelsk, RNA for ribonukleinsyre ) er en nukleinsyre til stede i næsten alle levende væsener , og også i nogle virus . RNA er kemisk meget tæt på DNA, og det syntetiseres også generelt i celler fra en DNA- skabelon, som den er en kopi af. Celler bruger RNA især som en mellemliggende bærer for gener til at syntetisere de proteiner, de har brug for. RNA kan udføre mange andre funktioner og især gribe ind i kemiske reaktioner af cellemetabolisme .
Kemisk er RNA en lineær polymer, der består af en kæde af nukleotider . Hvert nukleotid indeholder en phosphat- gruppe , en sukker ( ribose ) og en nitrogenholdig base (eller nucleinbase). Nukleotider er bundet til hinanden ved phosphodiesterbindinger . Der findes fire nukleiske baser i RNA: adenin , guanin , cytosin og uracil .
RNA har mange ligheder med DNA , med dog nogle vigtige forskelle: fra et strukturelt synspunkt, RNA indeholder ribose rester hvor DNA indeholder deoxyribose , hvilket gør RNA kemisk mindre stabile; desuden erstattes thyminen i DNA der med uracil, som har de samme basiske parringsegenskaber med adenin. Funktionelt findes RNA oftest i celler i en enkeltstrenget , dvs. enkeltstrenget form, mens DNA er til stede som to komplementære tråde, der danner en dobbelt helix . Endelig er de RNA-molekyler, der er til stede i celler, kortere end DNA'et i genomet , deres størrelse varierer fra nogle få tiere til et par tusinde nukleotider mod nogle få millioner til et par milliarder nukleotider for deoxyribonukleinsyre (DNA).
I cellen produceres RNA ved transkription fra DNA (som er placeret i kernen i eukaryoter). RNA er derfor en kopi af en region af en af strengene af DNA. Enzymerne, der fremstiller DNA → RNA- kopien, kaldes RNA-polymeraser . De således producerede RNA'er kan have tre hovedtyper af funktioner: de kan være bærere af den genetiske information af et eller flere gener, der koder for proteiner (man taler derefter om messenger-RNA ), de kan vedtage en stabil sekundær og tertiær struktur og udføre katalytiske funktioner ( for eksempel ribosomalt RNA ), kan de endelig tjene som en guide eller matrix for katalytiske funktioner udført af proteinfaktorer (hvilket f.eks. er tilfældet for microRNA'er ).
RNA er en nukleinsyre , det vil sige et molekyle, der består af en kæde ( polymer ) af nukleotider . Hver enhed nukleotid af RNA består af en pentose , ribose , hvis carbonkæde atomer er nummereret fra 1 'til 5', en variabel nitrogenbase eller nucleinbase , og en phosphat -gruppe . Nukleobasen er forbundet ved et atom af nitrogen til carbon en af ribosen; og phosphatgruppen i nukleotidet er bundet til 5'-carbon. Nukleotider binder til hinanden gennem phosphatgrupper, hvor phosphatgruppen i det ene nukleotid (bundet til 5'-carbon) binder gennem phosphodiesterbindinger ved 3'-carbonatomer i det næste nukleotid.
De fire hovedbaser af RNA og de eneste, der anvendes i transfer-RNA, er adenin (bemærket A), uracil (bemærket U), cytosin (bemærket C) og guanin (bemærket G). Sammenlignet med DNA erstattes thymin i DNA med uracil i RNA. Forskellen mellem disse to baser er erstatningen af en methylgruppe i position 5 af thymin med et hydrogenatom i uracil. Denne strukturændring ændrer ikke parringsegenskaberne med adenin.
Den ribozym , især ribosomalt RNA og transfer-RNA indbefatte andre modificerede nukleotider, blev mere end et hundrede identificeret.
StereokemiStrukturelt, tilstedeværelsen af et oxygenatom i 2'-positionen af ribose, påvirker konformation af den furanoseringen af ribose. Denne fem-atom heterocyklus ikke er plan, hvilket fører til to vigtigste sukker konformerer , kaldet C2'-endo og C3'-endo. I RNA, som har en oxygen -atom i stilling 2 ', er C3'-endo position begunstiget, der, grundlæggende struktur af de dobbelte helixer omfattende RNA-strenge. Disse RNA-duplekser danner en type A-helix, forskellig fra den, der overvejende observeres i konventionelt DNA, som er en type B-helix, hvor deoxyribosen er i C2'-endo-konformationen.
Den type A-helix, som RNA vedtager, når den danner en duplex, har helt forskellige geometriske egenskaber fra dem af typen B. Helix. Først og fremmest er antallet af basepar per omdrejning af helixen 11 i stedet for 10 for B-formet DNA. Basisparets plan er ikke længere vinkelret på spiralens akse, men danner en vinkel på ca. 75 ° med det. Dette resulterer i en forskydning af spiralens akse, som ikke længere passerer gennem midten af parringen af baserne, men inde i hovedsporet. Dette inducerer en stigning i diameteren af spiralen, der går fra omkring 20 Å for DNA i form B til omkring 26 Å for RNA i form A. Endelig er geometrien af de to riller dybt påvirket: den store rille bliver meget tilgængelig, mens den lille rille bliver meget dyb, smal og klemt. Dette har en indvirkning på, hvordan dobbeltstrenget RNA kan interagere med proteiner, da smalheden af den mindre rille er en barriere for tilgængeligheden af proteinligander.
De fleste naturligt forekommende RNA'er er til stede i enkeltstrenget (enkeltstrenget) form i cellen i modsætning til DNA, der er i form af en parret dobbeltstreng. De RNA-strenge foldes mest på sig selv, danner en intramolekylær struktur, som kan være meget stabile og meget kompakt. Grundlaget for denne struktur er dannelsen af interne parringer mellem komplementære baser ( A med U , G med C og undertiden G med U ). Beskrivelsen af de interne parringer mellem baserne af et RNA kaldes den sekundære struktur . Denne sekundære struktur kan afsluttes ved fjerninteraktioner, som derefter definerer en tredimensionel struktur eller tertiær struktur .
Dannelsen af RNA-struktur er meget ofte afhængig af de omgivende fysisk-kemiske betingelser og navnlig om nærvær, i opløsning , af divalente kationer , såsom magnesium ion Mg 2+ . Disse kationer interagerer med fosfatgrupperne i rygraden og stabiliserer strukturen, især ved at afskærme den elektrostatiske frastødning mellem de negative ladninger af disse fosfater.
Den tertiære struktur af RNA er grundlaget den rigdom af deres opgaver, og især deres evne til at katalysere de reaktioner kemiske ( ribozymer ).
Den sekundære struktur af et RNA er beskrivelsen af alle de interne parringer i et enkeltstrenget molekyle. Dette sæt parringer inducerer en bestemt topologi , der består af spiralformede regioner (stænger) og uparrede regioner (sløjfer). I forlængelse heraf dækker den sekundære struktur også beskrivelsen af denne topologi.
Dannelsen af sekundære strukturer i et enkeltstrenget RNA skyldes eksistensen af regioner, der indeholder palindromiske sekvenser , som kan parres til lokalt at danne en dobbelt helixstruktur. For eksempel, hvis RNA indeholder følgende to sekvenser : --GUGCCACG ------ CGUGGCAC-- , danner disse en palindrom sekvens, idet nukleotiderne i det andet segment er komplementære til dem fra den første efter inversion af deres sans af læsning; disse to segmenter kan derefter parres på en antiparallel måde for at danne et lokalt duplexområde. Området mellem de to segmenter danner en "løkke", der forbinder de to parrede tråde, hvor denne sammenkobling danner en "stang". Dette omtales derefter som en "hårnål" eller stang-loop-struktur .
I RNA'er med større længde kan der være mere komplekse strukturer, der skyldes parring af flere komplementære eller palindromiske regioner . Afhængigt af den måde, hvorpå disse forskellige regioner er "indlejrede", opnår man forskellige topologiske elementer med parrede stænger eller regioner og forskellige typer løkker:
Der er ikke altid en enkelt stabil struktur for en given sekvens, og det sker, at visse RNA'er kan vedtage flere alternative konformationer afhængigt af bindingen af en ligand ( protein , lille molekyle osv.) Eller på fysisk-kemiske forhold ( ionstyrke , pH ). Generelt kan dannelsen eller fusionen af den sekundære struktur af et RNA efterfølges af spektroskopiske målinger . Således er absorptionen i ultraviolet af baserne af RNA for eksempel større i udfoldet tilstand end i foldet tilstand (fænomen med hyperchromicitet ).
Ud over topologien af sløjfer og helixer sammensat af standardbasepar kan et RNA vedtage en kompakt tredimensionel struktur eller tertiær struktur som et protein . Inden for denne struktur afsluttes de kanoniske helixer med ikke-kanoniske parringer, det vil sige adskilt fra de klassiske parringer, af Watson - Crick ( A = U og G ≡ C ) og wobble ( wobble , G = U ). En bred vifte af sådanne parringer er blevet observeret i tredimensionelle RNA-strukturer opløst ved røntgenkrystallografi eller nuklear magnetisk resonans . Der er for eksempel Hoogsteen-parringer og "forskudte" parringer . Der er også base - ribose- interaktioner , især med 2'-hydroxyl , som kan danne hydrogenbindinger . En systematisk nomenklatur over alle disse interaktioner er blevet foreslået af Eric Westhof og hans samarbejdspartnere. Mere end 150 typer parring er blevet observeret og er grupperet i tolv store familier. Disse ikke-kanoniske parringer involverer altid hydrogenbindinger mellem baserne, som er i samme plan , som i Watson-Crick-par.
Langdistance-interaktionerKanoniske eller ikke-kanoniske parringer kan forekomme mellem fjerne regioner i den sekundære struktur, ofte placeret i sløjfer, hvilket gør det muligt at stabilisere en kompakt foldning af strukturen.
Nogle af disse langdistance-ikke-kanoniske interaktioner inkluderer:
De vigtigste forskelle mellem de to molekyler er, at:
De første tre forskelle giver RNA meget mindre stabilitet end DNA:
Fra et evolutionært synspunkt tillader visse elementer os at tro, at RNA ville være forud for DNA som bærer af genetisk information, hvilket ville forklare dets mere omfattende funktioner og dets generalisering. DNA ville have optrådt senere og ville kun have fortrængt RNA for rollen som langtidsopbevaring på grund af dets større stabilitet.
Syntesen af et RNA-molekyle fra DNA kaldes transkription . Det er en kompleks proces, der involverer et enzym fra RNA-polymerasefamilien såvel som tilknyttede proteiner. De forskellige stadier af denne syntese er initiering, forlængelse og afslutning. Processen med RNA-syntese er markant forskellig i prokaryote organismer og i eukaryote celler . Endelig, efter den faktiske transkription, kan RNA gennemgå en række posttranskriptionelle modifikationer som en del af en modningsproces, hvor dens sekvens og kemiske struktur kan ændres (se nedenfor).
Starten af transkription af et RNA med en RNA-polymerase finder sted på niveauet for en specifik sekvens på DNA'et, kaldet en promotor . Denne promotor omfatter et eller flere konserverede sekvenselementer, hvortil specifikke proteiner, transkriptionsfaktorerne , generelt er faste . Lige opstrøms for transkriptionsinitieringsstedet er det proximale element generelt rig på T- og A- nukleotider og kaldes derfor TATA-feltet i eukaryoter eller Pribnow-feltet i bakterier. Transkriptionsfaktorer fremmer rekrutteringen af RNA-polymerase til promotoren og åbningen af DNA-duplexen. Det, der kaldes en transkriptionsboble, dannes derefter med det åbne DNA, hvoraf en af strengene (skabelonen) hybridiseres med RNA'et, der syntetiseres.
Når først RNA-polymerasen er fikseret på promotoren, og transkriptionsboblen er dannet, syntetiserer den de første nukleotider på en statisk måde uden at forlade promotorens sekvens. Transkriptionsfaktorer går i stykker, og RNA-polymerase bliver processiv. Det transkriberer derefter RNA'et i 5 'til 3' retningen , ved hjælp af en af de to strenge af DNA som en skabelon og ribonukleotid triphosphater ( ATP , GTP , CTP og UTP ) som forstadier.
In vivo i Escherichia coli er hastigheden af forlængelse af RNA-polymerase ca. 50 til 90 nukleotider pr. Sekund.
Afslutningen af RNA-transkription forløber ifølge helt forskellige mekanismer i bakterier og i eukaryoter .
I bakterier involverer termineringens hovedmekanisme en bestemt struktur af RNA, terminatoren , der består af en stabil stamme-løkke efterfulgt af en række uridin (U) rester . Når RNA-polymerase syntetiserer denne sekvens, bringer foldningen af RNA-staven polymerasen til pause. RNA, som ikke længere er parret med skabelon-DNA undtagen ved en række svage AU-parringer, løsnes uden indblanding af andre proteinfaktorer. Afslutning kan også ske via intervention af en specifik proteinfaktor, Rho-faktoren.
I eukaryoter er terminering af transkription af RNA-polymerase II koblet til polyadenylering . To proteinkomplekser, CPSF (en) og CStF (en) genkender polyadenylering (5'-AAUAAA-3 ') og RNA-spaltningssignaler. De spalter RNA'et, inducerer løsrivelsen af DNA-polymerasen og rekrutterer poly-A-polymerasen, som tilføjer poly (A) -halen (se nedenfor).
RNA-behandling omfatter et sæt posttranskriptionelle modifikationer, der hovedsageligt observeres i eukaryoter og spiller en vigtig rolle i skæbnen for det modnede RNA. De vigtigste ændringer er tilføjelsen af en 5 ′ hætte , 3 ′ polyadenyleringen , splejsning , indførelsen af kemiske modifikationer på basis- eller riboseniveau og endelig redigering .
KasketDen hætte , eller 5'-cap på engelsk, er en modificeret nukleotid , der tilsættes til den 5 'enden af messenger RNA i eukaryote celler . Den består af en rest af guanosin methyleret bundet af et 5'-5 'binding triphosphat til det første nukleotid transkriberet af RNA-polymerasen . Denne modifikation introduceres i cellekernen ved den successive virkning af flere enzymer: polynukleotid 5'-phosphatase , RNA guanylyltransferase , methyltransferaser .
Hætten spiller flere roller: den øger stabiliteten af RNA'et ved at beskytte den mod nedbrydning med 5'-3 ' exonukleaser og tillader også rekruttering af translationinitieringsfaktorer, der er nødvendige for binding af ribosomet til RNA'erne. Cellulære budbringere. Hætten er derfor vigtig for oversættelse af de fleste mRNA'er.
PolyadenyleringDen polyadenylering er tilsætningen af en forlængelse af 3'-enden af RNA'et udelukkende sammensat af ribonukleotider type adenosin (A). Af denne grund kaldes forlængelsen poly tail (A) . Selvom den består af standardnukleotider, tilføjes denne poly (A) hale post-transkriptionelt af et specifikt enzym kaldet poly (A) polymerase og er ikke kodet i genomisk DNA . Poly (A) halen findes hovedsageligt i slutningen af messenger-RNA'er . I eukaryoter er polyadenylering af mRNA'er nødvendige for deres translation af ribosomet og deltager i deres stabilisering. Poly (A) halen er især genkendt af PABP ( poly (A) -bindende protein , " poly (A) bindende protein ").
I bakterier og i visse mitokondrier er RNA-polyadenylering tværtimod et nedbrydningssignal.
SplejsningDen splejsning er en post-transkriptionel modifikation som omfatter fjernelse af introner og suturen af exonerne i mRNA'et og i nogle struktureret RNA, såsom tRNA. Fundet i eukaryote organismer, er introner segmenter af RNA, der er kodet i genomet og transskriberet til precursor-RNA, men som fjernes fra slutproduktet. I de fleste tilfælde involverer denne proces et specifikt komplekst maskineri kaldet spliceosome . Splejsning forekommer i kernen i eukaryote celler, før eksporten af det modne RNA til cytoplasmaet.
Modificerede nukleotiderEfter deres transkription af RNA-polymerase gennemgår nogle RNA'er kemiske ændringer under påvirkning af specifikke enzymer . Nøgle-RNA, der gennemgår ændringer, er overførsels-RNA'er og ribosomale RNA'er . Det kan også overvejes, at de methyleringer, der er involveret i syntesen af hætten, er modifikationer af bestemte nukleotider . I det generelle tilfælde kan ændringerne vedrøre enten basen eller ribosen . De vigtigste ændringer, der er stødt på, er:
I overførsels-RNA'er bidrager introduktionen af modificerede nukleotider til at øge molekylernes stabilitet.
RedigeringRNA-redigering består af en modifikation af ribonukleinsyresekvensen efter transkription med RNA-polymerase. I slutningen af redigeringsprocessen er RNA-sekvensen derfor forskellig fra DNA-sekvensen. De foretagne ændringer kan være modifikationen af en base, substitutionen af en base eller tilsætningen af en eller flere baser. Disse modifikationer udføres af enzymer, der virker på RNA, såsom cytidindeaminase , der omdanner kemiske rester af cytidin til uridin .
I celler udfylder RNA'er fire forskellige og komplementære roller:
En særlig klasse af RNA, overførsels-RNA'er, findes ved grænsefladen mellem mange af disse funktioner ved at lede aminosyrer under translation .
Endelig består genomet af nogle vira udelukkende af RNA og ikke af DNA. Dette er især tilfældet med influenza- , AIDS- , hepatitis C- , polio- og ebolavirus . Afhængigt af tilfældet kan replikationen af disse vira gå gennem et DNA-mellemprodukt ( retrovirus ), men kan også udføres direkte fra RNA til RNA.
RNA er en alsidig molekyle, som førte Walter Gilbert , medopfinder af sekventering af DNA , i 1986 at foreslå en antagelse, at RNA ville være den ældste af alle biologiske makromolekyler. Denne teori, kendt som RNA-verdenshypotese (" RNA-verdenshypotese "), gør det muligt at overvinde et paradoks for ægget og kyllingen, der opstår, når man søger at vide, hvilke af proteinerne ( katalysatorerne ), og hvilke af DNA'et (genetisk information) dukkede først op. I denne model ville RNA, der er i stand til at kombinere begge typer funktioner på samme tid, være den universelle forløber.
Den genetiske information, der er indeholdt i i DNA ikke anvendes direkte af cellen at syntetisere den proteinet . Til dette bruger den forbigående kopier af genetisk information, der er messenger-RNA'er eller mRNA'er. Hvert messenger-RNA bærer en eller nogle gange flere cistroner , det vil sige instruktionerne til dannelse af et enkelt protein. Det svarer derfor til kun en kopi af generne i genomet (man taler derefter om monocistronisk mRNA) eller nogle gange om nogle få ( polycistronic mRNA ).
Messenger RNA indeholder kun en kopi af en af de to DNA-tråde, den kodende, og ikke den komplementære sekvens. Sammenlignet med sekvensen af genet indeholdt i genomet DNA kan sekvensen af det tilsvarende mRNA indeholde modifikationer, især på grund af splejsning (se ovenfor), som eliminerer de ikke-kodende regioner . Messenger-RNA syntetiseret i cellekernen eksporteres til cytoplasmaet for at blive oversat til protein. I modsætning til DNA, som er et flerårigt molekyle, der er til stede i hele cellens levetid, har messenger-RNA'er en begrænset levetid fra et par minutter til et par timer, hvorefter de nedbrydes og genbruges.
Et messenger-RNA har tre forskellige regioner: en 5 'utranslateret region kaldet 5'-UTR, placeret opstrøms for cistron eller cistrons, som den bærer; et kodende område svarende til dette eller disse cistroner; og til sidst en 3 'utranslateret region kaldet 3'-UTR. Messenger-RNA'er oversættes til proteiner af ribosomer . Den 5 'utranslaterede region indeholder generelt de translationelle signaler, der tillader rekruttering af ribosomet på cistron. Translationsprocessen involverer også overførsels-RNA'er, der forsyner ribosomet med de aminosyrer, der er nødvendige for proteinbiosyntese . Inden ribosomet, gennem deres anticodon , tRNA'erne parre successivt med basen trillinger eller kodoner , af mRNA-sekvensen. Når codon-anticodon-parringen er korrekt, tilføjer ribosomet den aminosyre, der bæres af tRNA, til det protein, der syntetiseres. Korrespondancerne mellem kodoner og aminosyrer udgør den genetiske kode .
Funktionen af messenger-RNA'er er mangfoldig. På den ene side gør de det muligt at bevare den originale DNA-skabelon, som ikke bruges direkte til translation, cellen fungerer kun på den kopi, der er mRNA'et. Frem for alt giver eksistensen af messenger-RNA cellerne en afgørende mekanisme til at regulere produktionscyklussen for proteiner fra genomet. Det cellulære behov for et bestemt protein kan variere alt efter miljøet, celletypen, udviklingsstadiet. Proteinsyntese skal derfor aktiveres eller stoppes afhængigt af cellulære forhold. Reguleringen af transkription af DNA i mRNA opfylder dette behov og styres af specifikke transkriptionsfaktorer, der virker på promotorerne af målgenene. Når mængden af et givet protein er tilstrækkelig, inhiberes mRNA-transkription, det nedbrydes gradvist, og proteinproduktionen ophører. Det er derfor vigtigt, at mRNA er et forbigående molekyle for at være i stand til at udføre denne vigtige regulering.
Den transfer-RNA , eller tRNA, er korte RNA, lang ca. 70 til 100 ribonukleotid involveret i håndteringen aminosyrerne til ribosomet under translation .
Overførsels-RNA'er har en karakteristisk kløverbladstruktur, der består af fire parrede stængler. En af disse stængler afsluttes med en sløjfe, der indeholder anticodon , tripletten af nukleotider, der parres med codonet under translation af et mRNA af ribosomet . I den anden ende bærer tRNA den tilsvarende aminosyre bundet af en esterbinding i sin 3'-OH-ende. Denne forestring katalyseres af specifikke enzymer, aminoacyl-tRNA-syntetaser . I tre dimensioner foldes kløverbladstrukturen til en "L" -form med anticodon i den ene ende og den forestrede aminosyre i den anden ende.
Alle levende celler indeholder et sæt forskellige tRNA'er, der bærer forskellige aminosyrer og er i stand til at læse forskellige kodoner.
Overførsels-RNA'er kaldes undertiden "adaptere" mellem den genetiske sekvens og proteinsekvensen . Det var Francis Crick, der foreslog eksistensen af disse adaptere, allerede før deres opdagelse i 1958.
Opdagelsen af RNA med kapacitet katalysator blev lavet i 1980'erne, især af det team af Thomas Cech , der arbejdede på introns i genet for den ribosomale RNA af protozo cilierede Tetrahymena , og Sidney Altman , der studerede den ribonuklease P , den enzym af modning af tRNA . Cech og Altman blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1989 for denne opdagelse.
I begge tilfælde er RNA alene i stand til at katalysere en specifik spaltning (spaltning) eller transesterificeringsreaktion i fravær af protein . Disse katalytiske RNA'er er blevet kaldt ribozymer, fordi de er enzymer, der består af ribonukleinsyre. I tilfælde af Tetrahymena- intronen er det en selvsplejsning , hvor intronet er dets eget substrat , mens ribonuklease P er et enzym, der virker i trans på flere substrater.
Siden disse første opdagelser er andre naturlige ribozymer blevet identificeret:
Generelt er det i alle disse ribozymer deres specifikke foldning, der tillader dem at udføre genkendelsen af deres substrat og katalyse, som i tilfældet med proteinenzymer.
Guide-RNA'er er RNA'er, der kombineres med proteinenzymer og tjener til at styre deres handling på RNA'er eller DNA'er med komplementær sekvens . Vejledningen RNA parres med substratnukleinsyren og hjælper med at målrette aktiviteten af enzymet. Flere typer er blevet identificeret:
Visse RNA'er spiller en rolle som direkte regulatorer af genekspression. Dette er især tilfældet med ikke-kodende RNA'er, der har regioner, der er komplementære til cellulære messenger-RNA'er, og som derfor kan parres med dem for lokalt at danne en dobbelt streng af RNA. Disse antisense- RNA'er kan afledes fra det samme genetiske sted som deres mål-RNA ved transkription af den komplementære streng, dette betegnes derefter som cis- regulerende RNA . De kan også afledes fra transkriptionen af en anden region i genomet, de er derefter transregulerende RNA'er .
Parringen af det regulatoriske RNA med dets mål-messenger-RNA kan virke på sidstnævntes evne til at blive translateret af ribosomet eller på dets stabilitet, hvilket fører til en regulering af translationen af genet / genet, der bæres af RNA. . I bakterier er der således mange eksempler på anti-sense cis - eller transregulerende RNA, der blokerer translationens startsted. For eksempel reguleres genet, der koder for porin OmpF, af et antisense-RNA kaldet MicF.
I eukaryoter er der også store regulatoriske RNA'er, som er involveret i epigenetiske regulatoriske processer . Det mest kendte eksempel er Xist RNA i pattedyr. Dette inaktiverer ikke et gen, men et helt kromosom. Xist dækker et af de to X-kromosomer i hver celle hos kvindelige individer, som således bliver inaktive. Kun en af de to kromosomer i XX-paret er således aktiv, hvilket gør det muligt at have det samme ekspressionsniveau for generne båret af X-kromosomet som hos mandlige individer, der kun har en. Inaktivering af X er en tilfældig proces, der kan føre til ekspression af forskellige fænotyper af forskellige celler i den samme hun. Dette er for eksempel tilfældet med farven på pelsen hos katte.
RNA anvendes i dag i en række anvendelser inden for molekylærbiologi, især takket være processen med RNA-interferens , som består i introduktion i eukaryote celler af korte fragmenter af dobbeltstrenget RNA kaldet " Small interfering RNAs ". Cirka tyve basepar er lange, disse små interfererende RNA'er (pRNA'er) anvendes af et cellulært maskineri, der er i stand til at nedbryde mRNA'er på en bestemt måde. Kun mRNA'er indeholdende en sekvens svarende til den for pRNAi nedbrydes, hvilket gør det muligt selektivt at reducere ekspressionen af et givet protein. Denne teknologiske tilgang er meget enklere og hurtigere end etableringen af inaktiverede muselinjer ( knock-out ) og kaldes en knock-down .
Forsøg på at anvende denne teknik til terapeutiske formål overvejes, for eksempel ved at målrette virale gener til at bekæmpe infektioner eller onkogener i tilfælde af kræft. Imidlertid kræver de stabilisering af de små interfererende RNA'er (pRNAi) for at undgå deres nedbrydning af ribonukleaser og for at målrette deres handling mod de pågældende celler.
De nukleinsyrer blev opdaget i 1868 af Friedrich Miescher . Miescher kaldte det nye stof "nuclein", fordi det blev fundet i cellens kerne . Tilstedeværelsen af nukleinsyrer i gærens cytoplasma blev identificeret i 1939, og deres ribonukleiske natur blev etableret i modsætning til kromosomer, der indeholdt DNA med deoxyriboser.
Omkring 1940 studerede den belgiske biolog Jean Brachet molekyler, der hidtil er lidt karakteriseret, som på det tidspunkt stadig blev kaldt "thymonukleinsyrer og zymonukleinsyrer" (henholdsvis DNA og RNA). Han opdager, at thymonukleinsyre er en komponent i kromosomer, og at den syntetiseres, når cellerne deler sig efter befrugtning . Det fremhæver eksistensen af zymonukleinsyrer (RNA) i alle celletyper: i kernen , nucleolus og cytoplasma i alle celler (mens man på det tidspunkt troede, at disse molekyler var karakteristiske for planteceller og lavere eukaryoter såsom gær ). Endelig viser det, at disse syrer er særligt rigelige i celler (mere specielt i ergastoplasma ), som er meget aktive med hensyn til proteinsyntese . De grundlæggende fundamenter for molekylærbiologi blev etableret. Året var 1940. I efterkrigstiden sluttede Brachet sig af den belgiske molekylærbiolog Raymond Jeener, der aktivt ville deltage i forskning i RNA's rolle i proteins biosyntese .
I slutningen af 1950'erne lykkedes det Severo Ochoa at syntetisere RNA-molekyler in vitro ved hjælp af et specifikt enzym, polynukleotidphosphorylase, som gjorde det muligt at undersøge de kemiske og fysiske egenskaber af RNA.
Rollen som RNA som mellemled "messenger" mellem den genetiske information indeholdt i DNA og proteiner blev foreslået i 1960 af Jacques Monod og François Jacob efter en diskussion med Sydney Brenner og Francis Crick . Demonstrationen af eksistensen af messenger RNA blev foretaget af François Gros . Derefter blev dechifrering af den genetiske kode udført af Marshall Nirenberg i første halvdel af 1960'erne. Til dette brugte han syntetiske RNA'er med kendt nukleotidsekvens, hvis kodende egenskaber han studerede.
Ribosomer blev først observeret af den belgiske biolog Albert Claude i begyndelsen af 1940'erne. Ved hjælp af subcellulær fraktionering og elektronmikroskopiteknikker afslørede han "små partikler" af ribonukleoprotein-natur, der er til stede i alle typer celler. Levende celler. Han kaldte dem "mikrosomer", senere omdøbt til ribosomer.
Den sekundære struktur af tRNA'er blev etableret af Robert Holley , der lykkedes at rense og analysere den tRNA-sekvens, der var specifik for alanin i 1964. Dette var et stort fremskridt i forståelsen af afkodningen af den genetiske besked, der blev båret af dem. Messenger-RNA'er. Den tredimensionelle struktur af et tRNA blev løst uafhængigt i 1974 af holdene fra Aaron Klug og Alexander Rich og viste for første gang den komplekse struktur af et RNA. Eksistensen af katalytiske egenskaber af RNA'er blev uafhængigt etableret af Sidney Altman og Tom Cech i 1982 på ribonuklease P på den ene side og på selvsplejende introner på den anden side. Opløsningen af strukturen af de enkelte underenheder i ribosomet i 2000 af holdene fra Tom Steitz , Ada Yonath og Venki Ramakrishnan , derefter den af hele ribosomet af holdet af Harry Noller i 2001, udgjorde et væsentligt fremskridt i forståelsen af den centrale biologiske mekanisme, der er translationen af mRNA'er til proteiner. Derudover tillod det blandt andet at vise, at ribosomet også var et ribozym.
I løbet af 1970'erne så Timothy Leary i sit arbejde The Politics of Ecstasy i RNA løftet om en fremtidig modifikation af bevidsthed (muligvis via nye stoffer og / eller åndelige øvelser), herunder det ville være en komponent, der øger læringskapaciteten hos en der ville deltage i sådanne oplevelser.
Den RNA verden hypotese er en hypotese, ifølge hvilken RNA er forløber for alle biologiske makromolekyler og især af DNA og proteiner, som ville have tilladt i et abiotisk miljø (karakteriseret ved en prebiotisk kemi, som er delvis hypotetisk) l 'udseende første levende celler, det vil sige danne et rum og omfatte informations- og metaboliske undersystemer.
I sammenhæng med studiet af livets oprindelse tillader denne hypotese en forklaring på udseendet af forskellige biologiske funktioner via konstitutionen af visse biomolekylære blokke fra sandsynlige præbiotiske mellemprodukter og molekyler baseret på kulstof. Det blev vist i 2009 af John Sutherlands team, at plausible forløbere for ribonukleotider, aminosyrer og lipider alle kan opnås ved reduktiv homologering af hydrogencyanid og nogle af dets derivater. Hvert af de kendte cellulære delsystemer kunne derfor forklares ved kemi af carbon, med reaktioner katalyseret af ultraviolet lys a priori meget til stede før ozonlagets udseende fra hydrogensulfid som et reduktionsmiddel. Den fotoreduktive cyklus kunne i sig selv accelereres med kobber [Cu (I) -Cu (II)].