El dogma central de la biologia molecular suggereix que l'ADN conté la informació per codificar totes les nostres proteïnes i tres tipus diferents d'ARN tradueixen aquest codi en polipèptids de manera més aviat passiva. En particular, l'ARN missatger (ARNm) transporta el model de proteïnes des de l'ADN de la cèl·lula als seus ribosomes, que són les "màquines" que controlen la síntesi de proteïnes. Després, l'ARN (ARNt) transfereix els aminoàcids adequats al ribosoma per incorporar-los a una nova proteïna. Mentrestant, els propis ribosomes estan formats principalment per molècules d'ARN ribosòmic (ARNr).
No obstant això, en mig segle des que es va desenvolupar l'estructura de l'ADN, els científics han après que l'ARN juga un paper molt més important que només participar en la síntesi de proteïnes. Per exemple, s'ha trobat que molts tipus d'ARN són catalítics, és a dir, duen a terme reaccions bioquímiques de la mateixa manera que ho fan els enzims. A més, s'ha trobat que moltes altres espècies d'ARN tenen funcions reguladores complexescel·les.
Així, les molècules d'ARN tenen nombrosos papers tant en els processos cel·lulars normals com en els estats de mal altia. Normalment aquelles molècules d'ARN que no prenen forma d'ARNm s'anomenen no codificants perquè no codifiquen proteïnes. Participació d'ARNm no codificants en molts processos reguladors. La seva prevalença i varietat de funcions va portar a la hipòtesi que el "món de l'ARN" podria precedir l'evolució de les funcions de l'ADN i l'ARN a la cèl·lula, la participació en la biosíntesi de proteïnes..
ARNs no codificants en eucariotes
Hi ha diverses varietats d'ARN no codificant en eucariotes. Sobretot, transfereixen ARN (ARNt) i ARN ribosòmic (ARNr). Com s'ha esmentat anteriorment, tant l'ARNt com l'ARNr tenen un paper important en la traducció de l'ARNm en proteïnes. Per exemple, Francis Crick va suggerir l'existència de molècules d'ARN adaptadores que podrien unir-se al codi de nucleòtids d'ARNm, facilitant així la transferència d'aminoàcids a cadenes polipeptídiques en creixement..
El treball de Hoagland et al. (1958) de fet van confirmar que una certa fracció de l'ARN cel·lular estava lligada de manera covalent als aminoàcids. Més tard, el fet que l'ARNr va resultar ser un component estructural dels ribosomes va suggerir que, com l'ARNt, l'ARNr tampoc codifica.
A més de l'ARNr i l'ARNt, hi ha una sèrie d' altres ARN no codificants a les cèl·lules eucariotes. Aquestes molècules ajuden a moltes de les funcions importants d'emmagatzematge d'energia de l'ARN a la cèl·lula, que encara estan enumerades i definides. Aquests ARN sovint es coneixen com a petits ARN reguladors (ARNs).en eucariotes, s'han classificat encara més en diverses subcategories. En conjunt, els ARN reguladors exerceixen els seus efectes mitjançant una combinació d'aparellament de bases complementàries, complexació amb proteïnes i la seva pròpia activitat enzimàtica.
Petit ARN nuclear
Una subcategoria important dels petits ARN reguladors consisteix en molècules conegudes com a petits ARN nuclears (ARNs). Aquestes molècules tenen un paper important en la regulació dels gens mitjançant l'empalmament d'ARN. Els ARNsn es troben al nucli i solen estar estretament associats amb proteïnes en complexos anomenats snRNPs (petites ribonucleoproteïnes nuclears, de vegades anomenades "snurps"). Les més comunes d'aquestes molècules són les partícules U1, U2, U5 i U4/U6, que estan implicades en l'empalmament pre-ARNm per formar ARNm madur.
MicroRNA
Un altre tema de gran interès per als investigadors són els microARN (miRNA), que són petits ARN reguladors d'aproximadament 22 a 26 nucleòtids de longitud. L'existència de miRNA i les seves funcions contràctils Els ARN a la cèl·lula en la regulació gènica es van descobrir originalment en el nematode C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Des del seu descobriment dels miRNA, s'han identificat en moltes altres espècies, incloses mosques, ratolins i humans. Fins ara, s'han identificat diversos centenars de miRNAs. Potser n'hi ha molts més (He i Hannon, 2004).
S'ha demostrat que MiRNAs inhibeixen l'expressió gènica reprimint la traducció. Per exemple, miRNAs codificats per C. elegans, lin-4 i let-7,s'uneixen a la regió 3' no traduïda de les seves dianes d'ARNm, impedint la formació de proteïnes funcionals en determinades etapes del desenvolupament larvari. Fins ara, la majoria dels miRNAs estudiats semblen controlar l'expressió gènica en unir-se als ARNm objectiu mitjançant un aparellament imperfecte de bases i la posterior inhibició de la traducció, tot i que s'han observat algunes excepcions..
Les investigacions addicionals mostren que els miRNA també tenen un paper important en el càncer i altres mal alties. Per exemple, l'espècie miR-155 està enriquida en cèl·lules B derivades del limfoma de Burkitt, i la seva seqüència també es correlaciona amb una translocació cromosòmica coneguda (intercanvi d'ADN entre cromosomes).
Petit ARN interferent
El petit ARN interferent (siRNA) és una altra classe d'ARN. Tot i que aquestes molècules només tenen una longitud de 21 a 25 parells de bases, també funcionen per silenciar l'expressió gènica. En particular, una cadena d'una molècula de siRNA de doble cadena es pot incloure en un complex anomenat RISC. Aquest complex que conté ARN pot inhibir la transcripció d'una molècula d'ARNm que té una seqüència complementària al seu component d'ARN.
Els MiRNAs es van identificar per primera vegada per la seva implicació en la interferència d'ARN (RNAi). Pot ser que hagin evolucionat com a mecanisme de defensa contra els virus d'ARN de doble cadena. Els siRNA es deriven de transcripcions més llargues en un procés similar al que es produeixen els miRNAs i el processament d'ambdós tipus d'ARN implica el mateix enzim. Dicer. Les dues classes semblen diferir en els seus mecanismes de repressió, però s'han trobat excepcions en què els siRNA presenten comportaments més típics dels miRNA i viceversa (He i Hannon, 2004).
ARN nucleolar petit
Dins del nucli eucariota, el nuclèol és l'estructura en què es produeix el processament de l'ARNr i l'assemblatge ribosòmic. Les molècules anomenades petits ARN nucleolars (snoRNAs) s'han aïllat d'extractes nucleolars a causa de la seva abundància en aquesta estructura. Aquestes molècules funcionen per processar molècules d'ARNr, que sovint produeixen la metilació i la pseudouridilació de nucleòsids específics. Les modificacions estan mediades per una de les dues classes de snoRNAs: famílies de caixa C/D o caixa H/ACA, que normalment impliquen l'addició de grups metil o la isomerització d'uradina en molècules d'ARNr immadures, respectivament.
ARNs no codificants en procariotes
No obstant això, els eucariotes no han impulsat el mercat cap a ARN no codificants amb funcions energètiques reguladores específiques dels ARN a la cèl·lula. Els bacteris també posseeixen una classe de petits ARN reguladors. Els ARNr bacterians estan implicats en processos que van des de la virulència fins a la transició del creixement a la fase estacionària que es produeix quan un bacteri s'enfronta a una situació de privació de nutrients.
Un exemple d'ARNr bacterià és l'ARN 6S que es troba a Escherichia coli. Aquesta molècula ha estat ben caracteritzada, amb la seva seqüenciació inicial el 1980. ARN 6Ses conserva en moltes espècies bacterianes, cosa que indica un paper important en la regulació gènica.
S'ha demostrat que RNA afecta l'activitat de l'ARN polimerasa (RNAP), la molècula que transcriu l'ARN missatger de l'ADN. L'ARN 6S inhibeix aquesta activitat en unir-se a una subunitat de la polimerasa que estimula la transcripció durant el creixement. Mitjançant aquest mecanisme, l'ARN 6S inhibeix l'expressió de gens que estimulen el creixement actiu i ajuda les cèl·lules a entrar en la fase estacionària (Jabri, 2005).
Riboswitches
La regulació gènica, tant en procariotes com en eucariotes, està influenciada per elements reguladors de l'ARN anomenats ribointerruptors (o interruptors d'ARN). Els riboswitches són sensors d'ARN que detecten i responen a senyals ambientals o metabòliques i, per tant, influeixen en l'expressió gènica.
Un exemple senzill d'aquest grup és l'ARN del sensor de temperatura que es troba en els gens de virulència del patogen bacterià Listeria monocytogenes. Quan aquest bacteri entra a l'hoste, la temperatura elevada dins del cos de l'hoste fon l'estructura secundària del segment a la regió 5' no traduïda de l'ARNm produït pel gen prfA bacterià. Com a resultat, es produeixen canvis a l'estructura secundària.
S'ha demostrat que els ribointerruptors addicionals responen als xocs de calor i fred en una varietat d'organismes i també regulen la síntesi de metabòlits com els sucres i els aminoàcids. Tot i que els ribointerruptors semblen ser més freqüents en procariotes, també s'han trobat molts a les cèl·lules eucariotes.
