Penemuan bahwa sebagian besar genom manusia ditranskripsi menjadi RNA yang tidak mengkode protein telah mengubah pemahaman kita tentang regulasi gen secara mendasar. RNA non-coding (ncRNA) merupakan kelas molekul pengatur yang beragam dan berlimpah yang mengontrol ekspresi gen di berbagai tingkat, mulai dari remodeling dan transkripsi kromatin hingga stabilitas dan translasi mRNA. Disregulasi mereka berkontribusi terhadap berbagai macam penyakit, termasuk kanker, gangguan neurologis, dan penyakit kardiovaskular.
MicroRNA
MicroRNA (miRNA) adalah ncRNA kecil dengan sekitar 22 nukleotida yang mengatur ekspresi gen pasca-transkripsi dengan mengikat urutan komplementer di 3 wilayah yang belum diterjemahkan (UTR) dari RNA pembawa pesan target. Gen miRNA ditranskripsi oleh RNA polimerase II sebagai miRNA primer (pri-miRNA) yang mengandung struktur jepit rambut, yang dibelah dalam nukleus oleh kompleks Mikroprosesor (Drosha dan DGCR8) untuk melepaskan miRNA prekursor (pra-miRNA) sekitar 70 nukleotida. Pra-miRNA diekspor ke sitoplasma oleh Eksportin-5 dan diproses lebih lanjut oleh Dicer, suatu endonuklease RNase III, untuk menghasilkan dupleks miRNA yang matang. Salah satu untai dupleks dimasukkan ke dalam kompleks pembungkaman yang diinduksi RNA (RISC), di mana ia memandu protein Argonaute (AGO) untuk menargetkan mRNA melalui komplementaritas urutan parsial, terutama di wilayah benih (nukleotida 2–8). Pengikatan miRNA biasanya menekan translasi dan mendorong deadenilasi dan degradasi mRNA. Sebuah miRNA tunggal dapat mengatur ratusan mRNA target, dan lebih dari 2.600 miRNA manusia dewasa telah diidentifikasi, secara kolektif mengatur sekitar 60% gen pengkode protein. miRNA terlibat dalam hampir semua proses biologis, termasuk proliferasi sel, diferensiasi, apoptosis, dan respon imun, dan profil ekspresi miRNA memiliki nilai diagnostik dan prognostik pada kanker.
RNA Non-coding Panjang
RNA non-coding panjang (lncRNAs) didefinisikan sebagai transkrip yang lebih panjang dari 200 nukleotida yang tidak memiliki potensi pengkode protein, meskipun beberapa mengandung kerangka pembacaan terbuka kecil atau menghasilkan mikropeptida fungsional. Genom manusia mengandung sekitar 20.000 gen lncRNA, banyak di antaranya diekspresikan dalam tipe sel yang spesifik dan diatur secara perkembangan. LncRNA mengatur ekspresi gen melalui beragam mekanisme. Di dalam nukleus, Xist (transkrip spesifik X-inaktif) memediasi inaktivasi kromosom X pada wanita dengan melapisi kromosom X yang tidak aktif di masa depan dan merekrut kompleks pengubah kromatin, termasuk Polycomb repressive complex 2 (PRC2), yang menyimpan tanda represif H3K27me3. HOTAIR, sebuah lncRNA dari lokus HOXC, merekrut PRC2 ke situs genom tertentu untuk membungkam gen HOXD dalam trans. LncRNA juga dapat berfungsi sebagai perancah molekuler, menyatukan banyak protein untuk membentuk kompleks ribonukleoprotein; sebagai umpan, mengasingkan faktor transkripsi atau miRNA; dan sebagai RNA terkait penambah (eRNA) yang mendorong perulangan penambah-promotor dan aktivasi transkripsional. MALAT1 (transkrip adenokarsinoma paru terkait metastasis 1) adalah lncRNA nuklir dengan ekspresi tinggi yang mengatur penyambungan alternatif dengan memodulasi fosforilasi faktor penyambungan kaya serin/arginin dan dikaitkan dengan metastasis pada berbagai jenis kanker.
RNA melingkar
RNA sirkular (circRNAs) adalah kelas molekul RNA tertutup kovalen yang dihasilkan oleh penyambungan balik, di mana situs penyambungan 5 hilir bergabung ke situs penyambungan 3 hulu, menghasilkan transkrip melingkar tanpa ujung bebas. CircRNA tahan terhadap degradasi eksonukleolitik dan sangat stabil dibandingkan dengan RNA linier. Sebagian besar circRNA diekspresikan pada tingkat rendah, namun beberapa terakumulasi dalam jumlah besar, terutama di otak, dan ekspresinya sering kali dipertahankan di seluruh spesies. Fungsi circRNA yang paling berkarakter adalah sebagai spons miRNA: dengan memuat beberapa situs pengikatan untuk miRNA tertentu, circRNA menyita miRNA dan mencegahnya menekan mRNA targetnya. CDR1as (antisense protein 1 terkait degenerasi otak kecil), juga disebut ciRS-7, mengandung lebih dari 60 situs pengikatan yang dilestarikan untuk miR-7 dan penting untuk perkembangan otak normal pada ikan zebra dan tikus. CircRNA juga dapat mengatur transkripsi dengan berinteraksi dengan RNA polimerase II, memodulasi penyambungan dengan bersaing dengan penyambungan linier, dan beberapa dapat diterjemahkan untuk menghasilkan protein atau peptida dengan cara yang tidak bergantung pada tutup. Disregulasi CircRNA berimplikasi pada kanker, gangguan neurologis, penyakit kardiovaskular, dan penuaan.
RNA yang Berinteraksi dengan Piwi
RNA yang berinteraksi dengan piwi (piRNA) adalah ncRNA kecil dengan 24-31 nukleotida yang terutama diekspresikan dalam sel germinal dan berfungsi dalam pembungkaman transposon dan integritas genom. piRNA berasosiasi dengan protein PIWI, subkelas protein Argonaute, dan memandu mereka ke transposon komplementer melalui pasangan basa, yang menyebabkan pembungkaman transkripsional melalui metilasi DNA dan modifikasi histon, atau pembelahan pasca transkripsional. Jalur piRNA sangat penting untuk menjaga integritas genom germline dengan menekan aktivitas transposon, dan gangguannya menyebabkan kemandulan dan tumor sel germinal pada model hewan. piRNA dihasilkan dari prekursor RNA untai tunggal panjang yang ditranskripsi dari kelompok piRNA, diproses oleh endonuklease Zucchini, dan dimasukkan ke dalam protein PIWI. Pada tikus, tiga protein PIWI (MIWI, MILI, MIWI2) berfungsi pada berbagai tahap spermatogenesis. Bukti yang muncul menunjukkan protein piRNA dan PIWI juga dapat berfungsi dalam jaringan somatik, termasuk sel kanker, di mana ekspresinya berkorelasi dengan prognosis buruk pada beberapa jenis kanker.
RNA Kecil yang Mengganggu
RNA pengganggu kecil (siRNA) adalah RNA beruntai ganda dengan 20-25 nukleotida yang memediasi interferensi RNA (RNAi), mekanisme pembungkaman gen yang dilestarikan yang dipicu oleh RNA beruntai ganda eksogen, seperti RNA virus atau konstruksi yang diperkenalkan secara eksperimental. SiRNA sintetik banyak digunakan sebagai alat penelitian untuk menurunkan ekspresi gen dan sedang dikembangkan sebagai terapi. Di jalur RNAi, RNA untai ganda panjang dibelah oleh Dicer menjadi siRNA, yang dimuat ke RISC. Tidak seperti miRNA, siRNA biasanya memiliki komplementaritas sempurna terhadap targetnya, yang menyebabkan pembelahan endonukleolitik target mRNA yang dimediasi oleh Argonaute. SiRNA endogen, dihasilkan dari transposon, elemen berulang, atau transkripsi konvergen, mengatur pembungkaman transposon pada beberapa organisme dan mungkin berfungsi dalam pertahanan antivirus pada tumbuhan dan invertebrata.
NcRNA dalam Penyakit dan Terapi
Disregulasi ncRNA dikaitkan dengan banyak penyakit manusia. Pada kanker, miRNA dapat berfungsi sebagai onkogen (oncomiR, seperti miR-21, miR-155) atau penekan tumor (seperti keluarga let-7, miR-34), dan tanda ekspresi miRNA digunakan untuk klasifikasi dan prognosis tumor. LncRNA termasuk PCA3 digunakan sebagai biomarker diagnostik, dengan PCA3 diukur dalam urin untuk mendeteksi kanker prostat. Strategi terapeutik yang menargetkan ncRNA sedang dalam pengembangan aktif. Oligonukleotida antisense (ASO) yang menargetkan lncRNA atau pri-miRNA dapat menghambat fungsinya, sementara miRNA meniru mengembalikan ekspresi miRNA penekan tumor. Terapi berbasis RNAi pertama, patisiran (siRNA yang menargetkan transthyretin), disetujui pada tahun 2018 untuk amiloidosis yang dimediasi transthyretin herediter. Beberapa terapi yang menargetkan miRNA, termasuk miravirsen (anti-miR-122 untuk hepatitis C), telah berkembang ke uji klinis. Pendekatan berbasis CRISPR sedang dieksplorasi untuk mengedit gen ncRNA atau memodulasi ekspresinya, dan circRNA yang direkayasa menunjukkan harapan sebagai vektor ekspresi berkelanjutan untuk protein terapeutik.
