An der Proteinsynthese sind drei Haupttypen von RNA beteiligt: Boten-RNA (mRNA), Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA). Diese RNAs erfüllen vielfältige Funktionen und können grob als proteinkodierende oder nicht-kodierende RNA klassifiziert werden. Nicht-kodierende RNAs spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Genexpression als Reaktion auf Entwicklungs- und Umweltveränderungen. Nicht-kodierende RNAs in Prokaryoten können manipuliert werden, um wirksamere antibakterielle Medikamente für den menschlichen oder tierischen Gebrauch zu entwickeln.

RNA erfüllt vielfältige, aber kooperative Funktionen

Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass die DNA die Information enthält, die Proteine kodiert, und die RNA diese Information verwendet, um die Proteinsynthese zu steuern.

Boten-RNA (mRNA) ist die proteinkodierende RNA. Es besteht aus Codons – Sequenzen von drei Nukleotiden, die für eine bestimmte Aminosäure kodieren. Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA) sind nicht-kodierende RNA. tRNA fungiert als Adaptermolekül, das die mRNA-Sequenz liest und Aminosäuren in der wachsenden Polypeptidkette in die richtige Reihenfolge bringt. rRNA und andere Proteine bilden das Ribosom – den Sitz der Proteinsynthese in der Zelle. Während der Translation bewegen sich Ribosomen entlang eines mRNA-Strangs, wo sie die Bindung von tRNA-Molekülen stabilisieren und die Bildung von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren katalysieren. So erfüllen verschiedene Arten von RNA spezifische, aber komplementäre Funktionen während der Proteinsynthese.

Nicht-kodierende RNAs in Eukaryoten regulieren die Genexpression

Andere nicht-kodierende RNAs als tRNA und rRNA galten zunächst als "genomischer Müll", da sie keine Proteine kodierten. Ihre Rolle bei der Regulierung der Genexpression wurde jedoch in den letzten Jahrzehnten entdeckt und wird weiterhin intensiv erforscht. Basierend auf ihrer Länge können nicht-kodierende RNAs als kleine regulatorische RNAs (< 100 Nukleotide) oder lange nicht-kodierende RNAs (> 200 Nukleotide) klassifiziert werden.

Sowohl kleine regulatorische RNAs als auch lange nicht-kodierende RNAs regulieren die Genexpression, indem sie verschiedene Stadien der Transkription und Translation verändern. Nicht-kodierende RNAs beeinflussen das mRNA-Spleißen – das Entfernen nicht-kodierender Segmente und das Verbinden der proteinkodierenden Sequenzen. Auf diese Weise steuern sie die Bildung verschiedener Proteinvarianten aus einem einzigen Gen. Kleine regulatorische RNAs wie microRNAs (miRNAs) und kleine interferierende RNAs (siRNAs) binden an komplementäre Sequenzen auf mRNA und hemmen die Proteinsynthese, indem sie entweder den Zugang der Translationsmaschinerie zur mRNA blockieren oder die mRNA selbst abbauen. Lange nicht-kodierende RNAs interagieren mit Enzymen, die DNA chemisch modifizieren, und Histonen – Proteinen, die dabei helfen, die DNA in den Zellkern zu verpacken – um die Transkription entweder zu aktivieren oder zu unterdrücken.