非編碼基因的崛起

長編碼RNA

基因空間

2018.02.09（星期五）

非編碼基因根據其功能範圍可以分為兩類，即主要起調控功能的調控RNA，以及在翻譯中起實質作用的核糖體RNA和轉運RNA；後者發現得比較早。這些基因的特點是經轉錄後形成RNA，以RNA為主要的作用形式，而不是翻譯成蛋白質後再起作用。

核糖體RNA在細胞內最重要的一類大分子，占細胞乾重的60%；相對之下蛋白質只佔不到40%。核糖體RNA與數十個蛋白質一起，組成核糖體，負責在翻譯時將單個的氨基酸連接到合成中的肽鏈上。轉運RNA是將編碼基因翻譯成蛋白質的重要分子，它的一端用於識別編碼基因上的密碼子，另一端則連著密碼子相對應的氨基酸。這兩類非編碼基因具有具體的功能，在基因科學史上也發現較早。

另一類非編碼基因主要起調控作用，它們大都通過序列互補與目標基因或序列結合，形成穩定的雙鏈結構從而抑制目標基因的活性或者穩定性。有些雙鏈結構還能被酶識別、切割，然後釋放出來的非編碼基因重新使用。相比蛋白質，非編碼基因對目標的調控有著直接快速的特點；另外，有些非編碼基因較短，可以一次識別較多的目標基因，因此也有廣譜性的特點。

非編碼基因的研究起始於轉基因靜默（transgene silencing）效應的研究。科學家們在1989年於植物中發現，外源基因轉入到細胞內後，有一些不能發揮作用，被「靜默」了。次年，科學家們就證明了這種調控的原理是由序列互補（又稱反義RNA）。即細胞本身會產生一些與外源基因互補的序列，相互配對，以沉默外源基因。

事實上，大部分非編碼基因都是通過這種方式行使其功能的。

1992年，與X染色體去活化相關的非編碼基因XIST被發現了。在女性的細胞中有兩個X染色體；但通常只有一條是活躍的，另一條活性被抑制並包裝成異染色質，即通常所說的失活。XIST參與了X染色體失活的過程。

異染色質的特點是高度濃縮，染色後在顯微鏡下能夠很明顯的看到。女性細胞的這種特點被用來分辨胎兒的性別，即先抽取孕婦羊水，再分離出胎兒細胞，然後進行染色，就能夠通過有無異染色質化的X染色體來確定胎兒的性別。

20世紀最後的幾年裡，先後發現了一些重要的短非編碼RNA基因，包括microRNA和small RNA（比microRNA長一些，但一般長度也較短）。microRNA一般22個鹼基左右，存在於植物、動物和病毒當中。

與目標RNA（蛋白編碼基因）以互補方式結合後，通過以下三種方式之一發揮作用：a) 結合的mRNA被切割；b) 降低結合的mRNA的穩定性；c) 降低目標mRNA的翻譯效率。在植物中，microRNA全長與目標mRNA互補性結合，然後誘導目標的切割。

但是在動物當中，通常只由microRNA的5端6~8鹼基與目標mRNA互補結合；這段鹼基序列被稱為種子區域，但結合後的雙鏈結構不足以引發mRNA被切割。在動物中，兩個以上microRNA同時作用相同mRNA的情況比較普遍。由於microRNA的種子區域較短，在mRNA序列中隨機出現的可能性較高；因此一個microRNA通常有很多個目標基因；一個mRNA也可能由多個microRNA同時作用。

非編碼基因是細胞的正常組成部分，其序列突變或者表達失調後可能會引起疾病。比如，miR-96基因的種子區突變時，可能引起遺傳性的進行性聽力喪失；miR-184的種子區的突變會引起遺傳性的圓錐角膜和前極白內障；miR-17~92家族成員的缺失會造成骨骼及生長方面的缺陷。此外，研究表明，許多microRNA與腫瘤有著密不可分的聯繫。

近些年，人們又發現了所謂的長非編碼RNA，打破了傳統上認為的非編碼基因通常較短的認知，進一步擴展了非編碼基因家族。長非編碼RNA的調節方式及其具體的功能目前還在進一步研究當中。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！