หลักความเชื่อหลักของอณูชีววิทยาแนะนำว่า DNA มีข้อมูลในการเขียนโปรแกรมสำหรับโปรตีนทั้งหมดของเรา และ RNA ที่แตกต่างกันสามประเภทจะแปลรหัสนี้เป็นโพลีเปปไทด์ค่อนข้างเฉื่อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง RNA ของผู้ส่งสาร (mRNA) นำพิมพ์เขียวโปรตีนจาก DNA ของเซลล์ไปยังไรโบโซม ซึ่งเป็น "เครื่องจักร" ที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน จากนั้น RNA (tRNA) จะถ่ายโอนกรดอะมิโนที่เหมาะสมไปยังไรโบโซมเพื่อรวมเข้ากับโปรตีนใหม่ ในขณะเดียวกัน ไรโบโซมเองก็ประกอบด้วยโมเลกุลของไรโบโซม RNA (rRNA) เป็นหลัก
อย่างไรก็ตาม ในช่วงครึ่งศตวรรษตั้งแต่โครงสร้างของ DNA ได้รับการพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ว่า RNA มีบทบาทมากกว่าเพียงแค่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน ตัวอย่างเช่น RNA หลายชนิดถูกพบว่าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งหมายความว่าพวกมันทำปฏิกิริยาทางชีวเคมีในลักษณะเดียวกับที่เอนไซม์ทำ นอกจากนี้ ยังพบว่า RNA สายพันธุ์อื่นๆ มีบทบาทในการกำกับดูแลที่ซับซ้อนในเซลล์
ดังนั้น โมเลกุลอาร์เอ็นเอจึงมีบทบาทมากมายทั้งในกระบวนการของเซลล์ปกติและสภาวะของโรค โดยปกติโมเลกุล RNA เหล่านั้นที่ไม่อยู่ในรูปของ mRNA จะเรียกว่าไม่มีการเข้ารหัสเพราะไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน การมีส่วนร่วมของ mRNA ที่ไม่เข้ารหัสในกระบวนการกำกับดูแลต่างๆ ความชุกและหน้าที่ที่หลากหลายทำให้เกิดสมมติฐานว่า "โลกอาร์เอ็นเอ" สามารถเกิดขึ้นก่อนวิวัฒนาการของฟังก์ชันดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอในเซลล์ โดยมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน
อาร์เอ็นเอที่ไม่เข้ารหัสในยูคาริโอต
RNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสมีหลายประเภทในยูคาริโอต ที่โดดเด่นที่สุดคือพวกมันถ่ายโอน RNA (tRNA) และไรโบโซม RNA (rRNA) ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ทั้ง tRNA และ rRNA มีบทบาทสำคัญในการแปล mRNA เป็นโปรตีน ตัวอย่างเช่น ฟรานซิส คริก เสนอว่ามีโมเลกุลอาร์เอ็นเอของอะแดปเตอร์ที่สามารถจับกับรหัสนิวคลีโอไทด์ mRNA ได้ ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนกรดอะมิโนไปยังสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำลังเติบโต
ผลงานของ Hoagland et al. (1958) ยืนยันว่าส่วนหนึ่งของ RNA ของเซลล์เชื่อมโยงกับกรดอะมิโนอย่างโควาเลนต์ ต่อมา ความจริงที่ว่า rRNA กลายเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของไรโบโซม ชี้ให้เห็นว่า rRNA นั้นไม่ได้เข้ารหัสเช่นเดียวกับ tRNA
นอกจาก rRNA และ tRNA แล้ว ยังมี RNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสอื่นๆ อีกจำนวนมากในเซลล์ยูคาริโอต โมเลกุลเหล่านี้ช่วยทำหน้าที่เก็บพลังงานที่สำคัญหลายอย่างของอาร์เอ็นเอในเซลล์ ซึ่งยังคงมีการแจกแจงและกำหนดไว้ RNA เหล่านี้มักถูกเรียกว่า RNA ควบคุมขนาดเล็ก (sRNAs)ในยูคาริโอต พวกมันยังถูกจำแนกเป็นหมวดหมู่ย่อยอีกจำนวนมาก ร่วมกัน RNA ตามกฎข้อบังคับจะออกฤทธิ์ผ่านการจับคู่เบสเสริม ความซับซ้อนของโปรตีน และกิจกรรมของเอนไซม์เอง
อาร์เอ็นเอนิวเคลียร์ขนาดเล็ก
หมวดหมู่ย่อยที่สำคัญอย่างหนึ่งของ RNA ควบคุมขนาดเล็กประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่า RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (snRNAs) โมเลกุลเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการควบคุมยีนผ่านการประกบอาร์เอ็นเอ SnRNAs พบได้ในนิวเคลียสและมักมีความเกี่ยวข้องอย่างแน่นหนากับโปรตีนในสารเชิงซ้อนที่เรียกว่า snRNPs (ไรโบนิวคลีโอโปรตีนนิวเคลียร์ขนาดเล็ก โมเลกุลที่พบบ่อยที่สุดคืออนุภาค U1, U2, U5 และ U4/U6 ซึ่งเกี่ยวข้องกับ pre-mRNA splicing เพื่อสร้าง mRNA ที่เจริญเต็มที่
ไมโครอาร์เอ็นเอ
อีกหัวข้อหนึ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับนักวิจัยคือ microRNAs (miRNAs) ซึ่งเป็น RNA ควบคุมขนาดเล็กที่มีความยาวประมาณ 22 ถึง 26 นิวคลีโอไทด์ การมีอยู่ของ miRNAs และหน้าที่การหดตัวของพวกมัน RNAs ในเซลล์ในการควบคุมยีนถูกค้นพบในไส้เดือนฝอย C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993) นับตั้งแต่มีการค้นพบ miRNAs พวกมันถูกระบุในสปีชีส์อื่นๆ มากมาย รวมทั้งแมลงวัน หนู และมนุษย์ จนถึงปัจจุบัน มีการระบุ miRNAs หลายร้อยรายการ อาจมีอีกมากมาย (He & Hannon, 2004).
MiRNAs ได้รับการแสดงเพื่อยับยั้งการแสดงออกของยีนโดยการกดการแปล ตัวอย่างเช่น miRNAs เข้ารหัสโดย C. elegans, lin-4 และ let-7ผูกติดกับบริเวณที่ไม่ได้แปล 3' ของเป้าหมาย mRNA ของพวกมัน เพื่อป้องกันการก่อตัวของโปรตีนที่ใช้งานได้ในบางขั้นตอนของการพัฒนาตัวอ่อน จนถึงตอนนี้ miRNA ส่วนใหญ่ที่ศึกษาดูเหมือนจะควบคุมการแสดงออกของยีนโดยผูกมัดกับ mRNA เป้าหมายผ่านการจับคู่เบสที่ไม่สมบูรณ์และการยับยั้งการแปลในภายหลัง แม้ว่าจะมีการสังเกตข้อยกเว้นบางประการ
การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า miRNAs ยังมีบทบาทสำคัญในโรคมะเร็งและโรคอื่นๆ ตัวอย่างเช่น สปีชีส์ miR-155 นั้นอุดมไปด้วยเซลล์ B ที่ได้มาจากมะเร็งต่อมน้ำเหลืองของ Burkitt และลำดับของมันยังสัมพันธ์กับการโยกย้ายโครโมโซมที่รู้จัก (การแลกเปลี่ยน DNA ระหว่างโครโมโซม)
RNA ที่รบกวนเล็กน้อย
RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก (siRNA) เป็น RNA อีกกลุ่มหนึ่ง แม้ว่าโมเลกุลเหล่านี้จะมีความยาวเพียง 21 ถึง 25 คู่เบส แต่พวกมันยังทำงานเพื่อปิดการแสดงออกของยีน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หนึ่งสายของโมเลกุล siRNA แบบสองสายสามารถรวมอยู่ในสารเชิงซ้อนที่เรียกว่า RISC คอมเพล็กซ์ที่ประกอบด้วย RNA นี้สามารถยับยั้งการถอดรหัสของโมเลกุล mRNA ที่มีลำดับประกอบกับส่วนประกอบ RNA ของมันได้
MiRNAs ถูกระบุครั้งแรกโดยการมีส่วนร่วมในการรบกวน RNA (RNAi) พวกเขาอาจมีวิวัฒนาการมาเป็นกลไกในการป้องกันไวรัส RNA แบบสองสาย SiRNAs ได้มาจากการถอดเสียงที่ยาวกว่าในกระบวนการที่คล้ายกับที่ miRNA เกิดขึ้น และการประมวลผลของ RNA ทั้งสองประเภทนั้นเกี่ยวข้องกับเอ็นไซม์เดียวกันไดเซอร์ ทั้งสองคลาสดูเหมือนจะแตกต่างกันในกลไกการปราบปราม แต่พบข้อยกเว้นที่ siRNAs แสดงพฤติกรรมที่เป็นแบบฉบับของ miRNAs และในทางกลับกัน (He & Hannon, 2004)
อาร์เอ็นเอนิวเคลียสขนาดเล็ก
ภายในนิวเคลียสของยูคาริโอต นิวเคลียสเป็นโครงสร้างที่การประมวลผล rRNA และการประกอบไรโบโซมเกิดขึ้น โมเลกุลที่เรียกว่า RNAs ของนิวเคลียสขนาดเล็ก (snoRNAs) ถูกแยกออกจากสารสกัดจากนิวคลีโอลาร์เนื่องจากมีความอุดมสมบูรณ์ในโครงสร้างนี้ โมเลกุลเหล่านี้ทำหน้าที่ประมวลผลโมเลกุล rRNA ซึ่งมักส่งผลให้เกิดเมทิลเลชันและซูดูออริดิเลชันของนิวคลีโอไซด์จำเพาะ การปรับเปลี่ยนเป็นสื่อกลางโดยหนึ่งในสองคลาสของ snoRNAs: C/D-box หรือ H/ACA-box family ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเกี่ยวข้องกับการเพิ่มหมู่เมทิลหรือยูราดีนไอโซเมอไรเซชันในโมเลกุล rRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ ตามลำดับ
อาร์เอ็นเอที่ไม่เข้ารหัสในโปรคาริโอต
อย่างไรก็ตาม ยูคาริโอตไม่ได้ผลักดันตลาดให้เข้าสู่ RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสซึ่งมีฟังก์ชันพลังงานควบคุมเฉพาะของ RNA ในเซลล์ แบคทีเรียยังมีกลุ่มของอาร์เอ็นเอควบคุมขนาดเล็ก แบคทีเรีย rRNAs เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่ความรุนแรงไปจนถึงการเปลี่ยนจากการเจริญเติบโตเป็นระยะนิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแบคทีเรียต้องเผชิญกับสถานการณ์ที่ขาดสารอาหาร
ตัวอย่างหนึ่งของแบคทีเรีย rRNA คือ 6S RNA ที่พบใน Escherichia coli โมเลกุลนี้มีลักษณะเฉพาะที่ดี โดยมีการจัดลำดับเริ่มต้นในปี 1980 6S RNAได้รับการอนุรักษ์โดยแบคทีเรียหลายสายพันธุ์ ซึ่งแสดงถึงบทบาทสำคัญในการควบคุมยีน
RNA แสดงให้เห็นว่ามีผลต่อการทำงานของ RNA polymerase (RNAP) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ถ่ายทอด RNA ของผู้ส่งสารจาก DNA 6S RNA ยับยั้งกิจกรรมนี้โดยจับกับหน่วยย่อยโพลีเมอเรสที่กระตุ้นการถอดรหัสระหว่างการเจริญเติบโต ด้วยกลไกนี้ 6S RNA ยับยั้งการแสดงออกของยีนที่กระตุ้นการเจริญเติบโตเชิงรุกและช่วยให้เซลล์เข้าสู่ระยะนิ่ง (Jabri, 2005)
ไรโบสวิตช์
การควบคุมยีน - ในโปรคาริโอตและยูคาริโอต - ได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบควบคุม RNA ที่เรียกว่าไรโบสวิตช์ (หรือสวิตช์ RNA) Riboswitches เป็นเซ็นเซอร์ RNA ที่ตรวจจับและตอบสนองต่อสัญญาณสิ่งแวดล้อมหรือการเผาผลาญและส่งผลต่อการแสดงออกของยีน
ตัวอย่างง่ายๆ ของกลุ่มนี้คือ RNA ของเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่พบในยีนความรุนแรงของแบคทีเรียก่อโรค Listeria monocytogenes เมื่อแบคทีเรียนี้เข้าสู่โฮสต์ อุณหภูมิที่สูงขึ้นภายในร่างกายของโฮสต์จะละลายโครงสร้างรองของเซ็กเมนต์ในบริเวณที่ไม่ได้แปล 5' ของ mRNA ที่ผลิตโดยยีน prfA ของแบคทีเรีย เป็นผลให้การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างรอง
ไรโบสวิตช์เพิ่มเติมได้รับการแสดงเพื่อตอบสนองต่อความร้อนและความเย็นในสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย และยังควบคุมการสังเคราะห์สารเมตาโบไลต์ เช่น น้ำตาลและกรดอะมิโน แม้ว่าไรโบสวิตช์จะพบได้บ่อยในโปรคาริโอต แต่ก็มีหลายชนิดที่พบในเซลล์ยูคาริโอต
