Тема 4. Особливості будови молекул рнк. Види рнк Загальні відомості про функціональну активність рнк

Загалом РНК має набагато більшу варіабельність структури, ніж молекули ДНК, оскільки останні мають у своїй основі подвійні ланцюги, що зменшує їх конформаційну рухливість та різноманітність. До того ж, слугуючи банком даних клітини, ДНК обмежена у використанні модифікованих основ через високий ризик мутацій. Особливо великою є кількість варіантів третинної структури РНК, коли як у випадку ДНК такі варіанти обмежуються існуванням лише подвійних, потрійних, або квадра-петель, про що ми поговоримо дещо пізніше. Варіабельність третинної структури РНК багато вчених вважають відповідальною за проявлення каталітичної активності самими молекулами.

Ідея існування месенджера між ДНК та білком виникла майже одразу після відкриття структури ДНК. Одначе, довгий час вивчення у цій області гальмувалося фактом існування подвійних хеліксів РНК у вірусах. Месенджерна функція була першою серед усіх виявлених функцій РНК.

Існування тРНК також було виявлено відносно рано у історії вивчення НК, як перекладача мови «ДНК» на білкову молекулу. Таким чином була виявлена адапторна функція РНК та встановлено існування як мінімум 20 видів тРНК, що відповідало 20 відомим протеїногенним амінокислотам.

Третьою функцією РНК, яка була встановлена, стала каталітична, особливо це стосувалося розщеплення РНК та ДНК. Таке розщеплення може бути внутрішньомолекулярним, наприклад, аутосплайсинг інтронів у дозріванні РНК, або, що привернуло ще більше уваги, може стосуватись гідролізу інших молекул РНК, що пов’язане з феноменом існування так званих рибозимів. Було також припущено, що саме такі каталітичні одиниці РНК відігравали важливу роль у передачі генетичного матеріалу до появи ДНК на сцені еволюції. Рибозими виявилися дуже перспективними у плані терапевтичного використання у генній терапії, для розщеплення специфічних послідовностей ДНК.

Ще однією недавно відкритою важливою функцією РНК стала можливість існування так званих рибосвітчів – послідовностей РНК, що можуть згортатися певним чином і формувати структури, що відіграють роль молекулярних перемикачів шляхом приєднання до певних регуляторних молекул.

Нарешті, найбільш незвичним стало відкриття коротких подвійно ланцюгових послідовностей РНК (20-25 нуклеотидів), які були названі малими інтерферуючими РНК або siРНК, здатними інгібувати еукаріотичну експресію генів через так званий шлях РНК-інтерференції.

Насьогодні для відтворення коротких послідовностей РНК (15-20 нуклеотидів) використовують методи твердо фазного хімічного синтезу та очистки, таким методом отримують до декількох міліграм продукту. У випадку довших послідовностей використовують ензиматичні методи – транскрипцію in vitro за допомогою полімерази фага Т7, хоча вона і потребує пуринової послідовності на 5’-кінці для оптимального проходження процесу. Для отримання випадкових послідовностей часто використовують додавання нуклеотидів до 3’-кінця за допомогою тієї ж полімерази Т7, з посттрансляційним вирізанням непотрібної ділянки. На сьогодні існують кіти, за допомогою яких можна отримати міліграмові кількості РНК довжиною у декілька сотень нуклеотидів.

Кристалізація РНК до недавнього часу виявлялася достатньо складною процедурою до тих пір, поки не були впроваджені методи рідкої матриці, поєднані з комп’ютерними технологіями. Така методика дозволяє підтримати велику кількість кристалізаційних умов, використовуючи відносно невеликі зразки РНК. Одначе малі хеліксні форми РНК до цих пір отримують методами молекулярного заміщення з використанням у якості стартового матеріалу канонічний дуплексний хелікс РНК.