Náš genetický materiál je zakódován v DNA (deoxyribonukleová kyselina). DNA je známá. Možná jste však slyšeli také o RNA (ribonukleové kyselině). Co je tedy RNA a k čemu je dobrá?

Je toho opravdu hodně. Ve skutečnosti je možné, že raný život používal RNA jako svůj genetický materiál a také používal složené RNA jako chemické nástroje k přežití. Tomu se říká hypotéza světa RNA.

RNA je v mnoha ohledech podobná DNA. Je to dlouhý řetězec cukrů spojených fosfátovými skupinami. Ke každému cukru je připojena cyklická báze a báze se mohou párovat s odpovídajícími partnery a vytvářet tak dvojitou šroubovici.

To se podobá DNA, ale šroubovice je poněkud pokroucená a často se RNA skládá do složitých struktur stabilizovaných krátkými šroubovicemi proloženými dlouhými jednořetězcovými smyčkami.

Skutečně důležitý rozdíl je v tom, že RNA má navíc atom kyslíku. Díky tomu je RNA méně stabilní než DNA.

Mohlo by se zdát, že být nestabilní je špatné, ale má to i své výhody. Organismy, které se potřebují rychle měnit, obvykle používají jako genetický materiál RNA. Viry, jako je chřipka a HIV, volí raději RNA než stabilnější alternativu DNA, aby se mohly měnit a byly o krok napřed před imunitním systémem svých hostitelů.

K vysoké míře mutací u RNA virů přispívá mnoho faktorů, včetně nestability RNA a slabé aktivity čtení v enzymech, které RNA replikují.

Služba posla

Kromě toho, že RNA slouží jako genetický materiál, má prakticky ve všech organismech ještě jednu důležitou funkci: funguje jako posel; krátkodobý meziprodukt, který sděluje informace obsažené v našich genech zbytku buňky.

Mnoho genů je třeba zapínat v časových intervalech. Představte si fotbalového fanouška, který křičí v klíčovém okamžiku zápasu – nechceme, aby zpráva trvala věčně.

Geny přece trvají celý život, jak tedy zajistit krátkodobé zprávy?

Vytváříme RNA kopie našich genů DNA. Tyto zprávy neboli mRNA odrážejí pořadí bází v naší DNA a putují z jádra (kde je uložena naše DNA) do cytoplazmy, kde se překládají do proteinů. Proteiny dále plní úkoly v buňce a nestabilní mRNA se jednoduše rozpadají nebo jsou degradovány.

RNA tedy může působit jako posel v procesu zajišťujícím překlad genů do proteinů – nástrojů buňky, jako je hemoglobin, který přenáší kyslík po těle.

Ale jak k tomuto záhadnému překladu dochází? Spoléhá se na chemické nástroje, jako jsou bílkoviny?

Jistě ano, ale zdá se, že bílkoviny nejsou klíčovými hráči. Je pozoruhodné, že skutečně důležitými hráči při spouštění chemických reakcí, které vytvářejí bílkovinné řetězce z kódu mRNA, nejsou jiné bílkoviny, ale speciálně složené molekuly RNA – enzymy RNA neboli ribozymy.

Stroj pro čtení bílkoviny z messengerové RNA je obsažen ve složitém enzymu RNA a jeho funkčními částmi jsou molekuly RNA zvané ribozomální RNA neboli rRNA.

Zabezpečení informace

Jak to, že RNA může spouštět chemické reakce, ale DNA zřejmě ne? Částečně za to může kyslík navíc a částečně zvláštní schopnost RNA skládat se do složitých tvarů a vytvářet tak nástroje, které mohou něco dělat, zatímco dvojitá šroubovice je pravidelná a stabilní. Dvojitá šroubovice DNA bezpečně uchovává informace, ale nedělá nic jiného.

V roce 1989 se Sidney Altman a Thomas Cech podělili o Nobelovu cenu za chemii za to, že prokázali, že RNA může katalyzovat chemické reakce.

Možná se divíte, jak může řetězec cukrů a bází, jako je mRNA, vůbec sloužit jako předloha pro vytvoření proteinového řetězce. Odpověď je složitá, ale zahrnuje několik chytrých adaptérů. Kupodivu jsou tyto adaptéry také tvořeny RNA, říká se jim přenosové RNA neboli tRNA. Pomocí svých cyklických bází se párují se svými zrcadlovými obrazy v mRNA a řadí správné aminokyseliny k vytvoření proteinu, zatímco rRNA spouští reakci, která provede spojení.

Zjištění, že naprosto zásadní funkce, jako je kódování informace, krátkodobý posel k jejímu vyjádření a přeměna na soubor funkčních bílkovinných nástrojů, zahrnují RNA, vedlo lidi k hypotéze, že raný život byl tvořen RNA.

Na počátku toho RNA možná dělala hodně. Pak ale postupně převzala roli DNA jako stabilnějšího genetického materiálu a bílkoviny převzaly roli stabilnějších chemických nástrojů. A na RNA postupně někteří vědci zapomněli, alespoň donedávna.

Budoucnost RNA

V roce 1998 objevili američtí biologové Andy Fire a Craig Mello inhibici RNA – jak může RNA vypínat geny.

Nyní víme, že nová třída malých inhibičních RNA (siRNA, které jsou dlouhé asi 20 zbytků), dolaďuje výstup z messengerových RNA. Jak již bylo zmíněno, RNA může tvořit dvojitá vlákna – to siRNA umožňuje vázat messengerové RNA a zasahovat do jejich funkce.

Tyto interferující RNA jsou v podstatě „digitální“ inhibitory, které jsou bázi za bází zrcadlovým obrazem messengerové RNA. Nyní je tedy možné vyrobit umělé inhibitory. Zrodil se tak nový průmysl, protože vědci se snaží vypínat geny pro experimentální účely a lékařští výzkumníci zkoumají, zda by se to dalo využít k terapii, například k vypínání virů nebo jiných škodlivých genů.

Došlo také k dalšímu zajímavému objevu – vědci zjistili, že ačkoli jen malá část našeho genomu kóduje bílkoviny, asi 2 %, mnohem větší část se stále kopíruje do RNA.

Funkce mnoha z těchto dlouhých RNA nekódujících bílkoviny, tzv. lncRNA, se stále zkoumá, ale zdá se, že některé působí jako katalyzátory chemických reakcí a jiné se podílejí na zapínání nebo vypínání genů buď vazbou na messengerové RNA, nebo přímo na geny DNA, kterým odpovídají.

Pokud svět začal s RNA, pak vlastně není překvapivé, že ozvěny tohoto světa RNA přetrvávají a že se RNA stále podílejí na klíčových životních procesech a jsou zásadně důležité při regulaci genů.

Nové třídy molekul RNA budou i nadále objevovány a zdá se pravděpodobné, že z této úrodné půdy vzejdou v budoucnu další poznatky o základech biologie

.