Рибонуклеин қышқылы: Құрылысы, қасиеттері және биологиялық ролі

Кіріспе

Үлкен биологиялық молекулалар отбасы – биологиялық макромолекула.

Рибонуклеин қышқылы (РНК) – көптеген биологиялық функциялар үшін қажетті полимерлік молекула, ол өзі функцияны атқару арқылы (кодталмаған РНК) немесе белоктарды (хабаршы РНК) өндіруге арналған үлгі құру арқылы өте маңызды. РНК және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК) – нуклеин қышқылдары. Нуклеин қышқылдары – барлық белгілі тіршілік нысандары үшін қажетті төрт негізгі макромолекуланың бірі. РНК нуклеотидтер тізбегі түрінде құрастырылады. Жасұр клеткалық организмдер генетикалық ақпаратты жеткізу үшін (гуанин, урацил, аденин және цитозиннің азотты негіздерін пайдалана отырып, олар G, U, A және C әріптерімен белгіленеді) нақты белоктардың синтезін бақылайтын хабаршы РНК (мРНК) қолданады. Көптеген вирустар өздерінің генетикалық ақпаратын РНК геномы арқылы кодтайды. РНК молекулаларының кейбіреулері клеткалар ішінде биологиялық реакцияларды катализдеу, гендік экспрессияны басқару немесе жасушалық сигналдарға сезіну және жауап беру арқылы белсенді рөл атқарады. Осы белсенді процестердің бірі – ақуыз синтезі, ол РНК молекулалары рибосомаларда ақуыз синтезін басқаратын әмбебап функция. Бұл процесте АРНҚ (ТРНҚ) молекулалары аминоқышқылдарды рибосомаға жеткізеді, онда рибосомалық РНК (рРНК) аминоқышқылдарды біріктіріп, кодталған ақуыздарды құрайды. Ғылымда Жердегі тіршіліктің тарихының басында, ДНК мен мүмкін ақуыздық ферменттердің эволюциясына дейін «РНК әлемі» болғандығы кеңінен қабылданды. Онда РНК тірі организмдердің генетикалық ақпаратты сақтау тәсілі ретінде қызмет етті – бұл рөлді бүгін ДНК атқарады, РНК вирустарынан басқа жағдайларда – және клеткаларда каталитикалық функцияларды орындады – бұл функцияны бүгін ақуыздық ферменттер орындайды, рибосоманың ерекше және маңызды ерекшелігі – ол рибозим.

Құрылымы

РНК-дағы әрбір нуклеотидте 1'-5' көміртектік сандары бар рибоза қанты болады. 1-ші позициясына негіз бекітіледі, әдетте аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) немесе урацил (U). Аденин мен гуанин – пуриндер, ал цитозин мен урацил – пиримидиндер. Бір рибозаның 3'-позициясына, ал келесі рибозаның 5'-позициясына фосфат тобы қосылады. Фосфат топтарының әрқайсысы теріс зарядталған, сондықтан РНК – зарядталған молекула (полианион). Негіздер цитозин мен гуанин, аденин мен урацил және гуанин мен урацил арасында сутекті байланыстар құрайды, сондай-ақ гуанин-аденин негіз жұптары бар GNRA тетралупасы да болуы мүмкін. РНК-ның маңызды құрылымдық компоненті, оны ДНК-дан ерекшелендіретін нәрсе – рибоза қантының 2'-позициясында гидроксил тобының болуы. Бұл функционалдық топтың болуы спиральдің көбінесе А формасы геометриясын қабылдауына себеп болады, бірақ бір тізбекті динуклеотид контекстінде РНК сирек жағдайда ДНК-да жиі кездесетін В формасын да қабылдауы мүмкін. А формасы геометриясы өте терең және тар үлкен ойысты, ал беткей және кең кіші ойысты құрайды. 2'-гидроксил тобының екінші салдары – РНК молекуласының конформациялық икемді аймақтарында (қос спираль құруға қатыспағанда) омыртқаны бөлу үшін іргелес фосфодиэстер байланысына химиялық шабуыл жасауы мүмкін. РНК тек төрт негізбен (аденин, цитозин, гуанин және урацил) транскрипцияланады, бірақ бұл негіздер мен қосылған қанттар РНК пісіп жетілгенде көптеген жолдармен өзгертілуі мүмкін. Псевдоуридин (Ψ), онда урацил мен рибоза арасындағы байланыс C–N байланысынан C–C байланысына ауысады, және риботимидин (T) әртүрлі орындарда кездеседі (ең маңыздысы – тРНК-ның TΨC циклында). Тағы бір маңызды модификацияланған негіз – гипоксантин, нуклеозиді инозин (I) деп аталатын аденоинсіз негіз. Инозин генетикалық кодтың тербеліс гипотезасында маңызды рөл атқарады. Табиғатта 100-ден астам басқа модификацияланған нуклеозидтер бар. Модификациялардың ең үлкен құрылымдық әртүрлілігі тРНК-да кездеседі, ал псевдоуридин және 2'-O метилрибозасы бар нуклеозидтер көбінесе рРНК-да кездеседі. РНК-дағы осы модификациялардың көптеген ерекшеліктері толыққанды түсініксіз. Алайда, рибосомалық РНК-да транскрипциядан кейінгі көптеген модификациялар пептидилтрансфераза орталығы және суббірлік интерфейсі сияқты жоғары функционалдық аймақтарда болатыны байқалады, бұл олардың қалыпты функция үшін маңызды екенін көрсетеді. Бір тізбекті РНК молекулаларының функционалдық түрі, ақуыздар сияқты, көбінесе нақты үшінші құрылымды қажет етеді. Бұл құрылымның негізін молекула ішіндегі сутекті байланыстар арқылы құрылатын екінші құрылымдық элементтер құрайды. Бұл шашты тіректер, ілгектер және ішкі тіректер сияқты екінші құрылымның бірнеше танымал "домендеріне" әкеледі. РНК-ның кез келген екінші құрылымын жасау, яғни жобалау үшін екі немесе үш негіз жеткіліксіз, бірақ төрт негіз жеткілікті. Табиғаттың төрт негізді әліпбиді "таңдауының" себебі осы болуы мүмкін: төрттен аз болса, барлық құрылымдарды жасау мүмкін емес, ал төрттен көп негіз қажет емес. РНК зарядталғандықтан, көптеген екінші және үшінші құрылымдарды тұрақтандыру үшін Mg2+ сияқты металл иондары қажет. РНК-ның табиғатта кездесетін энантиомері – D рибонуклеотидтерден тұратын D РНК. Барлық хиральдық орталықтар D рибозада орналасқан. L рибозаны немесе L рибонуклеотидтерін қолдану арқылы L РНК синтездеуге болады. L РНК РНазамен ыдырауға қарсы тұрақтылығы жоғары. Басқа құрылымды биополимерлер сияқты, ақуыздар сияқты, бүктелген РНК молекуласының топологиясын анықтауға болады. Бұл көбінесе бүктелген РНК ішіндегі тізбектердегі байланыстардың орналасуына негізделген контурлық топология деп аталады.

Each nucleotide in RNA contains a ribose sugar, with carbons numbered 1' through 5'. A base is attached to the 1' position, in general, adenine (A), cytosine (C), guanine (G), or uracil (U). Adenine and guanine are purines, and cytosine and uracil are pyrimidines. A phosphate group is attached to the 3' position of one ribose and the 5' position of the next. The phosphate groups have a negative charge each, making RNA a charged molecule (polyanion). The bases form hydrogen bonds between cytosine and guanine, between adenine and uracil and between guanine and uracil. or the GNRA tetraloop that has a guanine–adenine base pair. An important structural component of RNA that distinguishes it from DNA is the presence of a hydroxyl group at the 2' position of the ribose sugar. The presence of this functional group causes the helix to mostly take the A form geometry, although in single strand dinucleotide contexts, RNA can rarely also adopt the B form most commonly observed in DNA. The A form geometry results in a very deep and narrow major groove and a shallow and wide minor groove. A second consequence of the presence of the 2' hydroxyl group is that in conformationally flexible regions of an RNA molecule (that is, not involved in formation of a double helix), it can chemically attack the adjacent phosphodiester bond to cleave the backbone. RNA is transcribed with only four bases (adenine, cytosine, guanine and uracil), but these bases and attached sugars can be modified in numerous ways as the RNAs mature. Pseudouridine (Ψ), in which the linkage between uracil and ribose is changed from a C–N bond to a C–C bond, and ribothymidine (T) are found in various places (the most notable ones being in the TΨC loop of tRNA). Another notable modified base is hypoxanthine, a deaminated adenine base whose nucleoside is called inosine (I). Inosine plays a key role in the wobble hypothesis of the genetic code. There are more than 100 other naturally occurring modified nucleosides. The greatest structural diversity of modifications can be found in tRNA, while pseudouridine and nucleosides with 2' O methylribose often present in rRNA are the most common. The specific roles of many of these modifications in RNA are not fully understood. However, it is notable that, in ribosomal RNA, many of the post transcriptional modifications occur in highly functional regions, such as the peptidyl transferase center and the subunit interface, implying that they are important for normal function. The functional form of single stranded RNA molecules, just like proteins, frequently requires a specific tertiary structure. The scaffold for this structure is provided by secondary structural elements that are hydrogen bonds within the molecule. This leads to several recognizable "domains" of secondary structure like hairpin loops, bulges, and internal loops. In order to create, i. e., design, a RNA for any given secondary structure, two or three bases would not be enough, but four bases are enough. This is likely why nature has "chosen" a four base alphabet: fewer than four would not allow the creation of all structures, while more than four bases are not necessary to do so. Since RNA is charged, metal ions such as Mg2+ are needed to stabilise many secondary and tertiary structures. The naturally occurring enantiomer of RNA is D RNA composed of D ribonucleotides. All chirality centers are located in the D ribose. By the use of L ribose or rather L ribonucleotides, L RNA can be synthesized. L RNA is much more stable against degradation by RNase. Like other structured biopolymers such as proteins, one can define topology of a folded RNA molecule. This is often done based on arrangement of intra chain contacts within a folded RNA, termed as circuit topology.

Синтез

РНҚ синтезі әдетте ДНК-ны үлгі ретінде пайдаланатын фермент – РНҚ полимераза арқылы катализденеді, бұл процесс транскрипция деп аталады. Транскрипцияның басталуы ферменттің ДНК-дағы промотор тізбегіне (әдетте геннің "жоғары жағында" орналасқан) байланысуымен басталады. ДНК-ның қос спиралі ферменттің геликаза активтілігімен ашылады. Содан кейін фермент 3’ – 5’ бағытта шаблондық жіп бойынша жылжып, 5’ – 3’ бағытта ұзартумен толықтырылатын, комплементарлы РНҚ молекуласын синтездейді. ДНК тізбегі РНҚ синтезінің қай жерде аяқталарын да анықтайды. Алғашқы транскрипт РНҚ-лары транскрипциядан кейін ферменттермен жиі модификацияланады. Мысалы, поли(А) құйрығы және 5’ қақпағы эукариоттық пре-мРНҚ-ға қосылады, ал интронтар сплайсосомамен алынып тасталады. РНҚ-ның жаңа тізбегін синтездеу үшін РНҚ-ны үлгі ретінде пайдаланатын РНҚ-ға тәуелді РНҚ полимеразалар да бар. Мысалы, көптеген РНҚ вирустары (поліомиелит вирусы сияқты) осы типтегі ферментті өздерінің генетикалық материалдарын көбейту үшін пайдаланады. Сонымен қатар, РНК-ға тәуелді РНҚ полимераза көптеген организмдердегі РНҚ-ның интерференция жолының бір бөлігі болып табылады.

Шолу

МРНК – бұл ДНК-дан ақпаратты клеткадағы белок синтезі (аударма) орындарына, рибосомаға жеткізетін РНК. МРНК – ДНК-ның көшірмесі. МРНК-ның кодтау тізбегі өндірілетін белоктың аминқышқылдарының реттілігін анықтайды. Бұл кодтамайтын РНК («ncRNA» деп аталады) өз гендерімен (РНК гендері) кодталуы мүмкін, сонымен қатар мРНК интрондарынан да туындауы мүмкін. Гендерді реттеуге, РНК өңдеуге және басқа да қызметтерге қатысатын кодтамайтын РНК-лар да бар. Кейбір РНК басқа РНК молекулаларын кесу және біріктіру сияқты химиялық реакцияларды катализдеуге, сондай-ақ рибосомадағы пептидтік байланыстардың қалыптасуын катализдеуге қабілетті. Әдетте, шағын РНК-лардың ұзындығы 200 нт-дан кем, ал ұзын РНК-лардың ұзындығы 200 нт-тан артық. Ұзын РНК, сондай-ақ ірі РНК деп те аталады, негізінен ұзын кодтамайтын РНК (lncRNA) және мРНК-ны қамтиды. Шағын РНК-ларға негізінен 5.8S рибосомалық РНК (rRNA), 5S rRNA, трансферлік РНК (tRNA), микроРНК (miRNA), кішкентай интерференциялық РНК (siRNA), кішкентай нуклеолярлық РНК (snoRNA), Piwi өзара әрекеттесетін РНК (piRNA), tRNA-дан туындаған кішкентай РНК (tsRNA) және кішкентай рРНК-дан туындаған РНК (srRNA) жатады. Halococcus (Archaea) туысына жататын организмдердің 5S rRNA-сындағы сияқты кейбір ерекшеліктер бар, онда енгізілген элемент оның мөлшерін арттырады.

Аударма

Хабаршы РНК (мРНК) ақуыз тізбегі туралы ақпаратты клеткадағы ақуыз синтезі орталықтары – рибосомаларға жеткізеді. Ол үш нуклеотидтен (кодон) тұратын кодталған, әр кодон бір аминқышқылына сәйкес келеді. Эукариотикалық жасушаларда, ДНК-дан түзілген алдын-ала мРНК (пре-мРНК) жаңа мРНК-ға өңделеді. Бұл процесте мРНК-ның кодтамайтын бөліктері – интрондар алынып тасталады. Содан кейін мРНК ядроден цитоплазмаға шығарылады, онда ол рибосомалармен байланысып, тРНК көмегімен тиісті ақуызға аударылады. Ядро мен цитоплазма бөлімі жоқ прокариотикалық жасушаларда мРНК ДНК-дан түзіліп жатқанда рибосомалармен байланыса алады. Біршама уақыт өткен соң, хабар рибонуклеазалардың әрекетімен құрамына кіретін нуклеотидтерге дейін ыдырайды. Типикалық эукариотикалық жасушадағы барлық РНК-ның көбі – рибосомалық РНК (рРНК) болып табылады. Трансферлік хабаршы РНК (tmRNA) көптеген бактериялар мен пластидтерде кездеседі. Ол тоқтау кодоны жоқ мРНК-мен кодталған ақуыздарды ыдырауға белгілейді және рибосоманың тоқтауына кедергі келтіреді.

РНҚ реттеуші

Гендік экспрессияның ең алғашқы белгілі реттеушілері репрессорлар және активаторлар деп аталатын ақуыздар болды – реттелуге тиіс гендерге жақын күшейткіш аймақтарындағы нақты, қысқа байланыс орындары бар реттеушілер. Кейінгі зерттеулер РНК-ның да гендерді реттейтінін көрсетті. Эукариоттарда гендердің экспрессиясын әртүрлі кезеңдерде реттейтін бірнеше РНК-ға тәуелді процестер бар, мысалы, РНК-ның транскрипциядан кейін гендерді басуы, ұзақ кодтамайтын РНК-лардың хроматин блоктарын эпигенетикалық тұрғыдан тоқтатуы және ген экспрессиясын арттыратын күшейткіш РНК. Бактериялар мен археялар бактериялық шағын РНК және CRISPR сияқты реттеуші РНК жүйелерін де пайдаланатыны дәлелденді. Файр мен Мелло 2006 жылғы физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығына ие болды, олар мРНК-мен жұптаса алатын нақты, қысқа РНК молекулалары болып табылатын микроРНК-ларды (миРНК) ашқандары үшін.

МиРНК-ның РНК араласуы

Көптеген гендердің транскрипциядан кейінгі экспрессия деңгейлері РНК-араласу арқылы бақыланады, онда миРНК-лар – нақты қысқа РНК молекулалары – мРНК аймақтарымен жұптасып, оларды ыдыратуға белгілейді. Бұл антисенс негізделген процесте алдымен РНК өңделеді, содан кейін ол мақсатты мРНК аймақтарымен негіздік жұптасуға мүмкіндік алады. Негіздер жұптасқаннан кейін, басқа белоктар мРНК-ны нуклеазалармен жоюға бағыттайды. Сонымен қатар, lncРНК-лар – қазіргі уақытта 200-ден астам негіз жұбынан тұратын және кодтау потенциалы жоқ деп есептелетін РНК-лар – дің жасушаларының көпүрлілігін және жасуша бөлінуін реттеумен байланысты екені анықталды. Олар, өзі транскрипцияланған энхансердің бақылауымен гендердің транскрипциясын күшейтеді.

Прокариоттардағы РНК реттеуші

Бастапқыда реттеуші РНК эукариоттық құбылыс деп есептелді, бұл жоғары сатыдағы организмдерде күтілгеннен әлдеқайда көп транскрипцияның себебін түсіндірудің бір бөлігі болды. Бірақ зерттеушілер бактериялардағы РНК реттегіштерін іздеуді бастағанда, олар да табылды және кішкентай РНК (sRNA) деп аталды. Энтеробактериялық sRNA-лардың түрлі жасушалық процестерге қатыстылығы және мембраналық стресс, аштық стресі, фосфошүкір стресі және ДНК зақымдануы сияқты стрестік жағдайларға жауап беруде маңызды рөл атқаратынына қатысты деректер бар. Сондай-ақ, sRNA-лардың кинетикалық қасиеттерінің арқасында физиологиялық жағдайды жылдам түзетуге және тұрақтандыруға мүмкіндік беретіндіктен, стрестік жағдайларға жауап беруде маңызды рөл атқаратыны ұсынылған. Археяларда да реттеуші РНК жүйелері бар. Жақында ДНК-ны тікелей өңдеу үшін қолданылатын CRISPR жүйесі археялар мен бактериялардағы реттеуші РНК арқылы әрекет етеді және вирус шабуылынан қорғауды қамтамасыз етеді.

РНК геномдары

ДНК сияқты, РНК да генетикалық ақпаратты тасымалдай алады. РНҚ вирустарының геномдары РНК-дан тұрады, ол бірнеше белокты кодтайды. Вирустың геномын сол белоктардың бір бөлігі көшіреді, ал қалғандары вирус бөлшегі жаңа жаңа қонақ клеткасына жылжығанда геномды қорғайды. Вироидтар – бұл тағы бір патогендер тобы, бірақ олар тек РНК-дан ғана тұрады, ешқандай белокты кодтамайды және қонақ өсімдік клеткасының полимеразасымен көбейтіледі.

Кері транскрипция

Кері транскрипцияланатын вирустар өз геномдарын РНК-дан ДНК көшірмелерін жасау арқылы көбейтеді; осы ДНК көшірмелері кейін жаңа РНК-ға транскрипцияланады. Ретротранспозондар да ДНК мен РНК-ны бір-бірінен көшіру арқылы тарайды, ал теломераза құрамында эукариоталық хромосомалардың ұштарын құруға үлгі ретінде қолданылатын РНК бар.

Екі жіпті РНК

Екі тізбекті РНК (dsRNA) – барлық жасушаларда кездесетін ДНК-ға ұқсас, бірақ тимин орнына урацил қосылып, бір оттегі атомымен толықтырылған екі толыққанды тізбекті РНК. dsRNA кейбір вирустардың (екі тізбекті РНК вирустары) генетикалық материалы болып табылады. Вирустық РНК немесе siRNA сияқты екі тізбекті РНК эукариоттарда РНК-араласуын, ал омыртқалыларда интерферондық жауапты тудыруы мүмкін. Эукариоттарда екі тізбекті РНК (dsRNA) вирустық инфекцияларға қарсы туа біткен иммундық жүйені белсендіруде маңызды рөл атқарады.

Айналалық РНК

1970-ші жылдардың соңында жануарлар мен өсімдіктер әлемінде кең таралған, бір тізбекті ковалентті жабық, яғни дөңгелек пішіндегі РНК бар екені анықталды (circRNA қараңыз). circRNA-лар "кері тігілу" реакциясы арқылы пайда болады деп саналады, онда сплайсосома жоғары жатқан 3' қабылдағышпен төмен жатқан 5' донорлық тігілу орнын қосады. Бүгінгі күнге дейін circRNA-лардың функциясы көбінесе белгісіз болып қана қоймайды, бірақ кейбір мысалдарда микроРНК-ны сіңіру қабілеті анықталған.

РНК биологиясындағы негізгі жаңалықтар

РНК зерттеулері көптеген маңызды биологиялық жаңалықтарға және көптеген Нобель сыйлықтарына әкелді. Нуклеин қышқылы 1868 жылы Фридрих Мишермен ашылды. Ол ядрода табылғандықтан, оны «нуклеин» деп атады. Кейіннен, ядросы жоқ прокариот жасушаларында да нуклеин қышқылы бар екені анықталды. 1939 жылы РНК-ның ақуыз синтезіндегі рөліне күдік туды. Северо Очоа 1959 жылы медицина саласындағы Нобель сыйлығын (Артур Корнбергпен бірге) лабораторияда РНК синтездейтін ферментті ашқандығы үшін жеңіп алды. Дегенмен, Очоаның (полинуклеотид фосфорилаза) ашқан ферменті РНК синтезіне емес, РНК ыдырауына жауапты екені кейіннен дәлелденді. 1956 жылы Алекс Рич пен Дэвид Дэвис РНК-ның екі бөлек тізбегін біріктіріп, құрылымын рентген кристаллографиясы арқылы анықтауға болатын РНК-ның алғашқы кристаллын жасады. 1965 жылы Роберт В. Холли ашытқының тРНК-сының 77 нуклеотидінің тізбесін анықтады, бұл Холлиге 1968 жылы медицина саласындағы Нобель сыйлығын (Хар Гобинд Хорана мен Маршалл Ниренбергпен бөлісіп) әкелді. 1970 жылдардың басында ретровирустар мен кері транскриптаза ашылды, бұл ферменттердің РНК-ны ДНК-ға көшіре алатынын (генетикалық ақпараттың берілуінің әдеттегі бағытынан кері) алғаш рет көрсетті. Осы еңбегі үшін Дэвид Балтимор, Ренато Дульбеко және Говард Темин 1975 жылы Нобель сыйлығымен марапатталды. 1976 жылы Уолтер Фиерс және оның командасы РНК вирусының алғашқы толық нуклеотидтік тізбесін – бактериофаг MS2-нің тізбесін анықтады. 1977 жылы сүтқоректілер вирустарында да, жасушалық гендерде де интрон мен РНК тігілуі (сплайсинг) ашылды, нәтижесінде 1993 жылы Филип Шарп пен Ричард Робертс Нобель сыйлығын алды. Каталитикалық РНК молекулалары (рибозимдер) 1980 жылдардың басында ашылды, бұл Томас Чех пен Сидни Альтманға 1989 жылғы Нобель сыйлығын әкелді. 1990 жылы петунияда енгізілген гендердің өсімдіктің өзінің ұқсас гендерін үнсіздендіре алатыны анықталды, бұл қазір РНК-ның араласуының нәтижесі деп белгілі. Шамамен сол уақытта 22 нуклеотидтік ұзындықтағы РНК-лар, қазір микроРНК деп аталады, C. elegans дамуында маңызды рөл атқаратыны анықталды. РНК-ның араласуы жөніндегі зерттеулер 2006 жылы Эндрю Файр мен Крейг Меллоға Нобель сыйлығын, ал сол жылы Роджер Корнбергке РНК транскрипциясы жөніндегі зерттеулері үшін тағы бір Нобель сыйлығын сыйлады. Гендік реттеуші РНК-ның ашылуы гендерді үнсіздендіру үшін РНК-дан жасалған препараттарды, мысалы, siRNA-ны жасауға мүмкіндік берді. 2009 жылы РНК зерттеулері үшін берілген Нобель сыйлығына қоса, рибосоманың атомдық құрылымын анықтағаны үшін Венки Рамакришнан, Томас А. Штайц және Ада Йонат марапатталды.

Research on RNA has led to many important biological discoveries and numerous Nobel Prizes. Nucleic acids were discovered in 1868 by Friedrich Miescher, who called the material 'nuclein' since it was found in the nucleus. It was later discovered that prokaryotic cells, which do not have a nucleus, also contain nucleic acids. The role of RNA in protein synthesis was suspected already in 1939. Severo Ochoa won the 1959 Nobel Prize in Medicine (shared with Arthur Kornberg) after he discovered an enzyme that can synthesize RNA in the laboratory. However, the enzyme discovered by Ochoa (polynucleotide phosphorylase) was later shown to be responsible for RNA degradation, not RNA synthesis. In 1956 Alex Rich and David Davies hybridized two separate strands of RNA to form the first crystal of RNA whose structure could be determined by X ray crystallography. The sequence of the 77 nucleotides of a yeast tRNA was found by Robert W. Holley in 1965, winning Holley the 1968 Nobel Prize in Medicine (shared with Har Gobind Khorana and Marshall Nirenberg). In the early 1970s, retroviruses and reverse transcriptase were discovered, showing for the first time that enzymes could copy RNA into DNA (the opposite of the usual route for transmission of genetic information). For this work, David Baltimore, Renato Dulbecco and Howard Temin were awarded a Nobel Prize in 1975. In 1976, Walter Fiers and his team determined the first complete nucleotide sequence of an RNA virus genome, that of bacteriophage MS2. In 1977, introns and RNA splicing were discovered in both mammalian viruses and in cellular genes, resulting in a 1993 Nobel to Philip Sharp and Richard Roberts. Catalytic RNA molecules (ribozymes) were discovered in the early 1980s, leading to a 1989 Nobel award to Thomas Cech and Sidney Altman. In 1990, it was found in Petunia that introduced genes can silence similar genes of the plant's own, now known to be a result of RNA interference. At about the same time, 22 nt long RNAs, now called microRNAs, were found to have a role in the development of C. elegans. Studies on RNA interference gleaned a Nobel Prize for Andrew Fire and Craig Mello in 2006, and another Nobel was awarded for studies on the transcription of RNA to Roger Kornberg in the same year. The discovery of gene regulatory RNAs has led to attempts to develop drugs made of RNA, such as siRNA, to silence genes. Adding to the Nobel prizes awarded for research on RNA in 2009 it was awarded for the elucidation of the atomic structure of the ribosome to Venki Ramakrishnan, Thomas A. Steitz, and Ada Yonath.

Пребиотикалық химия мен абиогенез үшін маңыздылығы

1968 жылы Карл Вуз РНК каталитикалық қасиеттерге ие болуы мүмкін деген гипотеза ұсынды және өмірдің ең алғашқы формалары (өзін-өзі көбейтуге қабілетті молекулалар) генетикалық ақпаратты тасымалдау үшін де, биохимиялық реакцияларды катализдеу үшін де РНК-ға сүйенген болуы мүмкін екенін айтты – РНК әлемі. 2022 жылдың мамыр айында ғалымдар ерте Жерде көп мөлшерде болған деп есептелетін пребиотикалық базальттық лава әйнегінде РНК формаларының спонтанды түрде пайда болатынын анықтады. 2015 жылдың наурыз айында ДНК және РНК нуклеобазалары, оның ішінде урацил, цитозин және тимин, пиримидин сияқты, метеориттерде кең таралған органикалық қосылысты қолдана отырып, ғарыштық жағдайларда зертханада синтезделгені хабарланды. Пиримидин, полициклді ароматты көмірсутектер сияқты, Ғаламдағы көміртегіге толы қосылыстардың бірі болып табылады және қызыл алып жұлдыздарда немесе жұлдызаралық шаң мен газ бұлттарында пайда болған болуы мүмкін. 2022 жылдың шілдесінде астрономдар Көмекей жолы галактикасының орталық аймағында ықтимал РНК прекурсорларын қоса алғанда, пребиотикалық молекулалардың көп мөлшерін тапқандарын мәлімдеді.

Медициналық қолдану

РНК, бастапқыда қысқа жартылай өмірге байланысты терапиялық қолдануға жарамсыз деп есептелген, тұрақтандыру химиясының жетістіктері арқасында көптеген терапиялық қасиеттері бар екені дәлелденді. РНК молекулаларының күрделі конформацияларға жиырылу және белоктармен, нуклеин қышқылдарымен, кіші молекулалармен байланысу, сондай-ақ каталитикалық орталықтар құру қабілетіне байланысты емдік қолдануға ие болуы мүмкін. РНК-ға негізделген вакциналар, дәстүрлі вакциналарға қарағанда иммундық қарсылықты тезірек алу жолы деп саналады, себебі патогеннің қай молекулалық бөліктерін бөліп алып, инактивациялап, вакцинада пайдалану керектігін анықтау үшін оны өсіру және зерттеуге айлар, тіпті жылдар қажет болуы мүмкін. Дәстүрлі терапиялық қасиеттері бар кіші молекулалар РНК және ДНК құрылымдарын нысанаға ала отырып, жаңа ауруларды емдеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, РНК-ны нысаналайтын кіші молекулалар және адам ауруларын емдеуге бекітілген препараттар туралы зерттеулер жеткіліксіз. Рибавирин, бранаплам және аталурен қазіргі уақытта қолданылатын, екі тізбекті РНК құрылымдарын тұрақтандырып, түрлі ауруларда тігілуді бақылайтын препараттар болып табылады. Белокты кодтайтын мРНК-лар жаңа емдік үміткерлер ретінде пайда болды, ал РНК-ның алмастырылуы қысқа, бірақ қарқынды белок экспрессиясы үшін ерекше пайдалы. In vitro транскрипцияланған мРНК (IVT mRNA) жануарлар моделінде сүйек тінін жаңарту, көпбағыттылық және жүрек функциясы үшін белоктарды жеткізуге қолданылды. SiРНК, қысқа РНК молекулалары вирустарға қарсы туа пайда болған қорғаныста және хроматин құрылымында маңызды рөл атқарады. Оларды белгілі бір гендерді үнсіздендіру үшін жасанды түрде енгізуге болады, бұл оларды ген функцияларын зерттеу, емдік мақсаттарды растау және жаңа дәрілерді әзірлеу үшін құнды етеді.