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亲,带你认识RNA军团中“非正规军”——非编码RNA

来源:检验医学网    阅读:



作者:尘

人类的每一个细胞随时都像在进行着一场无止尽的战争,细胞核是司令部,细胞质是战场。

六十年前,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)的“中心法则”( DNA转录成RNA,再翻译成蛋白质)现在一直是细胞作战的绝对军规,军事机密(遗传信息)必须从司令DNA先到RNA军团,再到“武器弹药”蛋白质。



司令团DNA:掌握军事机密(遗传信息),极为重要,所以DNA都不外出,只是在司令部里下达作战命令,指挥统领RNA军团,DNA把军事机密交给RNA军团中的“正规军”——信使RNA(mRNA),由它们把这些密码带到细胞质中加工形成武器弹药蛋白质,让蛋白质发挥生物学功能,攻击“敌人”。

由于蛋白质是由mRNA所编码的,也就是大家都广为熟悉的编码RNA,因此我们称这些mRNA为RNA军团中的“正规军”。“正规军”mRNA是RNA军团嫡系部队,功能是在蛋白分子合成过程中,作为“信使”分子,将基因组DNA的遗传信息(即碱基排列顺序)传递至核糖体,实现遗传信息向蛋白质分子的转化。作为蛋白质合成的模板,“正规军”信使RNA(mRNA)长期以来一直是主要的研究重点,但在RNA军团中,除了“正规军”,还有很多“非正规军”,或许可以称为“杂牌军”——非编码RNA(ncRNA)。



如大多数军团一样,“正规军”信使RNA 一直被认为是主要的作战力量,那些“非正规军”ncRNA的发现是一个滞后的过程,并且长期被看不起,认为是大量转录的副产物,是基因组上的“垃圾”或“暗物质”,生物学意义小,没有作战能力。

但是,时来运转,在1950年代发现了基因表达中的重要非编码RNA,即核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA),它们虽是非编码RNA,但在蛋白质合成过程中有极其重要的作用,1980年代发现了小核(sn)RNA,1993年和2000年在秀丽隐杆线虫中分别发现了微量RNA(miRNA),随后各种非编码RNA逐渐浮出水面。2003年完成了人类基因组计划(HGP),在哺乳动物中发现了丰富的长非编码RNA(lncRNA),同时科学家们也惊奇地发现人类基因组中能编码蛋白的DNA只占整个基因组的2%,其余98%的DNA序列普遍被认为是“垃圾”和“噪音”,因为它们大多数仅转录成RNA,而不继续翻译成蛋白质。2005年启动的ENCODE(DNA元素百科全书)项目及其最新报告证明人类基因组剩余的“垃圾”序列至少 80% 都是有功能的,具有转录成ncRNA的能力。这些发现揭示了RNA军团中一个毫无疑问的非编码世界——在RNA军团中混有大量的“非正规军”ncRNA。



那么,什么是非编码RNA呢?

 
编码蛋白质的mRNA是编码RNA,相反,那些不编码蛋白质的RNA被称为非编码RNA。非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),指的是不被翻译成蛋白质的一类小RNA,ncRNA的核苷酸(nucleotide,nt)一般不长。这些RNA的共同特点是都能从基因组上转录而来,但是不翻译成蛋白质,在RNA 水平上就能行使各自的生物学功能了。
那么,非编码RNA军队编制有哪些军种呢?

首先要说明的一点是,在广义的分类上,目前大家比较熟悉的核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)也是属于非编码RNA军团的。tRNA分子较小,其主要作用是在蛋白质合成中转运氨基酸。rRNA是核糖体的组分之一,参与蛋白质的合成。

其次,有一种分类方法是将非编码RNA 从长度上来划分为三类:

第一类小于50 nt,主要包括微量RNA(miRNA),小干扰RNA(siRNA)等等;

第二类为50 nt到500 nt, 除了rRNA与tRNA,还包括snRNA(小核RNA),snoRNA(小核仁RNA)等等;

第三类大于500 nt,包括长的mRNA-like 的非编码RNA,长的不带polyA 尾巴的非编码RNA等等。

另一种分类方法是将它们分为两大类,即长非编码RNA和短非编码RNA。长非编码RNA(lncRNA)的结构和功能类似mRNA,但它们不像mRNA那样可以翻译成蛋白,只是调节与它们临近的mRNA的转录和翻译。短非编码RNA有很多种,如miRNA,siRNA,snRNA,snoRNA等等。

ncRNA基因数量巨大,除上述几种ncRNA外,转移一信使RNA(tmRNA)、小胞浆RNA(seRNA)、信号识别颗粒RNA等也都属于ncRNA, 近年来,人们对ncRNA的研究极大加快了RNA组学(RNomics)的研究步伐,ncRNA比之前想像的要丰富得多,重要得多,但是ncRNA中仍有大量的未知RNA有待人们去发现。可见,“非正规军”的编制还是很多的,并且军种还在扩编,各军各司其职,在作战中发挥重要作用。

那么,“非正规军”在细胞战场上(生命过程中)发挥什么作用呢?

随着研究的深入,“非正规军”ncRNA在细胞战场上的作战能力还是杠杠的,它们的作战能力或许并不逊色于“正规军”mRNA,非编码RNA不仅不是RNA军团中的垃圾部队,反而“非正规军”的扩编已经席卷了所有的活生物体,它们在真核基因组的基因表达和重塑中都具有惊人的作用。虽是“非正规军”,但它们是战场上不可或缺的调制部队,或者说是监军,没有非编码RNA发挥调节作用,司令团DNA就无法指挥武器弹药蛋白质,蛋白质就不能像现在这样发挥正常的生物学功能,细胞战场就不会取得长久的胜利。越来越多的证据表明,ncRNA分析已成为前沿趋势,ncRNA广泛参与生命现象的各个环节,如生长、分化、发育、免疫,甚至在肿瘤的形成中也具有重要的调控作用,它们已被确定为各种癌症类型的肿瘤抑制因子和致癌驱动因子。

总之,“正不正规不重要”,“黑猫白猫能抓老鼠就是好猫”。大家不要忽视RNA军团中的“非正规军”——非编码RNA的作用咯。

注:文中图片来源于网络,仅学习交流,不作他用。

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