Drie hoofdtypen RNA zijn betrokken bij de eiwitsynthese: messenger-RNA (mRNA), transfer-RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA). Deze RNA's vervullen verschillende functies en kunnen worden geclassificeerd als eiwitcoderend of niet-coderend RNA. Niet-coderende RNA's spelen een belangrijke rol bij de regulatie van genexpressie op basis van ontwikkelings- en omgevingsveranderingen. Niet-coderende RNA's in prokaryoten kunnen worden gemanipuleerd om effectievere antibacteriële geneesmiddelen te ontwikkelen voor het gebruik bij mensen of dieren.
Het centrale dogma van de moleculaire biologie stelt dat het DNA de informatie bevat om eiwitten te coderen en dat RNA deze informatie gebruikt om de eiwitsynthese aan te sturen. Bij de eiwitsynthese zijn verschillende soorten RNA betrokken. RNA wordt geclassificeerd als eiwitcoderend of niet-coderend RNA, afhankelijk hun betrokkenheid bij het synthetiseren van eiwitten.
Messenger RNA (mRNA) is het eiwitcoderende RNA. Het bestaat uit codons—sequenties van drie nucleotiden die coderen voor een specifiek aminozuur. Transfer RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA) zijn niet-coderend RNA. tRNA werkt als een adaptermolecuul dat de mRNA-sequentie leest en aminozuren in de juiste volgorde in de groeiende polypeptideketen plaatst. rRNA en andere eiwitten vormen het ribosoom – de plaats waar eiwitsynthese in de cel plaatsvindt. Tijdens translatie bewegen ribosomen zich langs een mRNA-streng waar ze de binding van tRNA-moleculen stabiliseren en de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren katalyseren. Verschillende soorten RNA voeren dus specifieke maar complementaire functies uit tijdens de eiwitsynthese.
Niet-coderende RNA's, niet tRNA en rRNA, werden aanvankelijk beschouwd als "genomic junk" omdat ze niet codeerden voor eiwitten. De afgelopen decennia is duidelijk geworden dat deze niet-coderende RNA's ook een rol spelen bij het reguleren van genexpressie, maar er wordt nog steeds uitgebreid onderzoek naar gedaan. Niet-coderende RNA's worden ook geclassificeerd op basis van hun lengte kunnen: kleine regulerende RNA's (<100 nucleotiden) of lange niet-coderende RNA's (> 200 nucleotiden).
Zowel kleine regulerende RNA's als lange niet-coderende RNA's reguleren genexpressie door verschillende stadia van transcriptie en translatie te veranderen. Niet-coderende RNA's beïnvloeden de splitsing van mRNA – verwijdering van niet-coderende eiwitsegmenten en het samenvoegen van de eiwitcoderende sequenties. Op deze manier controleren ze de vorming van verschillende eiwitvarianten uit een enkel gen. Kleine regulerende RNA's zoals microRNA's (miRNA's) en kleine interfererende RNA's (siRNA's) binden zich aan complementaire sequenties op mRNA en remmen de eiwitsynthese door de toegang van de translatiemachine tot het mRNA te blokkeren of door het mRNA zelf af te breken. Lange niet-coderende RNA's roepen enzymen op die DNA en histonen – eiwitten die helpen bij het verpakken van DNA in de kern – chemisch wijzigen om transcriptie te activeren of te onderdrukken.
De regulatie van genexpressie door RNA komt veel voor bij bacteriën. Regulerende sequenties in mRNA – riboswitches genaamd – werken als omgevingssensoren door veranderingen in temperatuur en nutriëntenniveaus te detecteren.
Op riboswitch gebaseerde regulatie hangt af van de vorming van twee elkaar uitsluitende en stabiele conformaties van de secundaire RNA-structuur. De secundaire structuur schakelt tussen de twee conformaties om genexpressie in of uit te schakelen als reactie op veranderingen in de omgeving. Wanneer de bacterie Listeria monocytogenes bijvoorbeeld een gastheer infecteert, breekt de hogere lichaamstemperatuur van de gastheer de secundaire structuur in het niet-getranslateerde 5'-gebied van het bacteriële mRNA af. Dit legt een ribosoombindende plaats op het mRNA bloot en initieert eiwittranslatie. Hierdoor kunnen de bacteriën leven en groeien in het gastheerorganisme.
Sommige riboswitches detecteren eindproducten van metabole routes en dienen als feedbackcontroles voor transcriptie of translatie. De thiamine pyrofosfaat riboswitch reguleert bijvoorbeeld de biosynthese van thiamine in bacteriën. Wanneer de gesynthetiseerde concentratie thiamine voldoende is, bindt het zich aan de riboswitch en verandert het van conformatie. Deze verandering in conformatie blokkeert de initiatieplaats voor translatie en wordt de eiwitsynthese gestopt.
Verbindingen die qua structuur sterk lijken op thiamine, worden bestudeerd als potentiële antibacteriële middelen. Deze medicijnen zijn bedoeld om zich in de afwezigheid van thiamine, aan de riboswitch te binden en een conformatieverandering te veroorzaken die de translatie van de eiwitten die nodig zijn voor de biosynthese van thiamine blokkeert. Omdat de bacteriën deze voedingsstof niet kunnen produceren, stopt het met groeien en sterft het uiteindelijk af. Aangezien riboswitches vaker worden aangetroffen in prokaryoten dan in eukaryoten, zouden antibacteriële middelen die gericht zijn op riboswitches weinig nadelige effecten hebben op zoogdiergastheren.
