Vårt genetiska material är kodat i DNA (desoxyribonukleinsyra). DNA är känt. Men du kanske också har hört talas om RNA (ribonukleinsyra). Så vad är RNA och vad är det bra för?

En hel del egentligen. Det är faktiskt möjligt att det tidiga livet använde RNA som sitt genetiska material och även använde vikta RNA:er som kemiska verktyg för att överleva. Detta kallas RNA-världshypotesen.

RNA liknar DNA på många sätt. Det är en lång kedja av sockerarter som är sammanlänkade med fosfatgrupper. Det finns en cyklisk bas knuten till varje socker och baserna kan para ihop sig med matchande partners för att bilda en dubbelhelix.

Detta liknar DNA, men helixen är lite snedvriden och ofta är RNA vikta till komplexa strukturer som stabiliseras av korta helixer som varvas med långa enkelsträngade slingor.

Den verkligt viktiga skillnaden är att RNA har en extra syreatom. Detta gör RNA mindre stabilt än DNA.

Du kanske tror att det är dåligt att vara instabil, men det finns fördelar. Organismer som behöver förändras snabbt tenderar att använda RNA som genetiskt material. Virus, som influensa och hiv, väljer RNA i stället för det mer stabila alternativet DNA så att de kan förändras och ligga steget före sina värdars immunförsvar.

Många faktorer bidrar till den höga mutationsfrekvensen hos RNA-virus, bland annat RNA:s instabilitet och den dåliga korrekturläsningsaktiviteten i de enzymer som replikerar RNA.

Messäkertjänst

Som genetiskt material har RNA en annan viktig funktion i praktiskt taget alla organismer: det fungerar som budbärare; en kortlivad mellanprodukt som kommunicerar informationen i våra gener till resten av cellen.

Många gener måste aktiveras i omgångar. Tänk på en fotbollssupporter som skriker ut vid en viktig punkt i en match – vi vill inte att meddelandet ska vara för evigt.

Generna varar hela livet, så hur kan vi tillhandahålla kortlivade meddelanden?

Vi gör RNA-kopior av våra DNA-gener. Meddelandena, eller mRNA, återspeglar sekvensen av baser i vårt DNA och reser ut ur kärnan (där vårt DNA lagras) till cytoplasman där de översätts till proteiner. Proteinerna fortsätter att utföra uppgifter i cellen och de instabila mRNA:erna faller helt enkelt sönder eller bryts ned.

RNA kan alltså fungera som en budbärare i processen för att se till att generna översätts till proteiner – cellens verktyg, t.ex. hemoglobin för att transportera syre runt i kroppen.

Men hur sker denna mystiska översättning? Är den beroende av kemiska verktyg som proteiner?

Det gör den säkert, men det verkar som om proteinerna inte är de viktigaste aktörerna. Det är ett anmärkningsvärt faktum att de verkligt viktiga aktörerna när det gäller att utlösa de kemiska reaktionerna för att producera proteinkedjor från mRNA-koden inte är andra proteiner, utan speciellt vikta RNA-molekyler – RNA-enzymer eller ribozymer.

Maskineriet för att läsa av ett protein från ett budbärar-RNA finns i ett komplext RNA-enzym och de funktionella delarna är RNA-molekyler som kallas ribosomalt RNA eller rRNA.

Säkring av information

Hur kommer det sig att RNA kan utlösa kemiska reaktioner, men att DNA inte verkar göra det? Det beror dels på det extra syret och dels på den speciella förmåga som RNA har att veckla sig i komplexa former för att bilda verktyg som kan göra saker, medan dubbelhelixen är regelbunden och stabil. DNA:s dubbelspiral rymmer information på ett säkert sätt men gör inte så mycket annat.

År 1989 delade Sidney Altman och Thomas Cech på Nobelpriset i kemi för att ha visat att RNA kan katalysera kemiska reaktioner.

Du kanske undrar hur en kedja av sockerarter och baser som mRNA ens kan tjäna som mall för att bilda en proteinkedja. Svaret är komplicerat, men det inbegriper några smarta anpassare. Otroligt nog är dessa adaptrar också gjorda av RNA, de kallas transfer-RNA eller tRNA. De använder sina cykliska baser för att para ihop sig med sina spegelbilder i mRNA och rada upp rätt aminosyror för att bilda proteinet, medan rRNA utlöser reaktionen för att göra sammanfogningen.

Fyndet att absolut nödvändiga funktioner som att koda information, ha en kortlivad budbärare för att uttrycka den och omvandla den till en uppsättning funktionella proteinverktyg, alla involverar RNA har fått människor att ställa hypoteser om att det tidiga livet bestod av RNA.

I början gjorde RNA möjligen allt. Men sedan tog gradvis DNA över som ett mer stabilt genetiskt material och proteiner tog över som mer stabila kemiska verktyg. Och RNA glömdes gradvis bort av vissa forskare, åtminstone fram till nyligen.

RNA:s framtid

Under 1998 upptäckte de amerikanska biologerna Andy Fire och Craig Mello RNA-hämning – hur RNA kan stänga av gener.

Vi vet nu att en ny klass av små inhiberande RNA (siRNA som är cirka 20 rester långa) finjusterar produktionen från budbärar-RNA. Som nämnts kan RNA bilda dubbelsträngar – detta gör det möjligt för siRNAs att binda budbärar-RNAs och störa deras funktion.

Dessa interfererande RNA är i huvudsak ”digitala” hämmare som bas för bas är spegelbilder av budbärar-RNA. Det är alltså möjligt att göra konstgjorda hämmare nu. På så sätt har en ny industri fötts när forskare strävar efter att stänga av gener i experimentellt syfte och medicinska forskare undersöker om detta kan användas för terapier, t.ex. för att stänga av virus eller andra skadliga gener.

Det har också gjorts en annan intressant upptäckt – forskarna har upptäckt att även om endast en liten del av vår arvsmassa kodar för proteiner, cirka 2 %, så kopieras ändå en mycket större del till RNA.

Funktionen hos många av dessa långa icke-proteinkodande RNA, så kallade lncRNA, undersöks fortfarande, men det verkar som om vissa fungerar som katalysatorer för kemiska reaktioner och att andra är involverade i att aktivera eller stänga av gener, antingen genom att binda budbärar-RNA eller genom att binda direkt till DNA-gener som de matchar.

Om världen började med RNA är det egentligen inte förvånande att ekon av den RNA-världen finns kvar och att RNA fortfarande är inblandade i viktiga livsprocesser och är fundamentalt viktiga i genregleringen.

Nya klasser av RNA-molekyler kommer att fortsätta att upptäckas och det verkar troligt att ytterligare insikter i grundläggande biologi kommer att framträda från denna bördiga mark i framtiden.