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我们为什么需要非编码RNA?

发表日期:2011-07-22来源:感染免疫中心 覃丽梅来源:放大 缩小

生命的基本过程是从DNA转录成mRNA,再翻译成蛋白质发挥功能(图1),DNA就像一张绝密的密码图,不能随意被移动,只能被锁在细胞核里,要想知道这些密码,只能像复印一样,将密码图复印到mRNA上,由它们把这些秘密文件带到细胞质中,进一步加工成蛋白质,让蛋白质发挥生物学功能,比如当我们的手被划破的时候会出血,但血不会一直流,因为我们身体内会分泌凝血因子,促进凝血并帮助伤口愈合,这些因子就是蛋白质,如果没有蛋白质,就没有肌肉、没有骨骼、没有头发、没有皮肤、没有生命。由于这些蛋白质是由mRNA所编码的,因此我们称这些mRNA为编码RNA;相反,那些不编码蛋白质的RNA被称为非编码RNA。

非编码RNA是单链的核糖核酸,经常弯曲成一个发卡状。长期以来,这些非编码RNA以及它们所对应的DNA被认为是垃圾或“暗物质”,然而,随着2001年人类基因组测序的完成,科学家们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3-5%!众多DNA仅仅转录成RNA,而不编码蛋白质,都属于非编码RNA,它们的数量远远大于编码蛋白质的mRNA。根据生物进化遵循的“用进废退”的原则,非编码RNA如果是垃圾,那么它们应该会逐渐被淘汰,然而人们却发现生物进化的水平和非编码RNA息息相关。对人类基因组图谱的分析发现:在人类基因组中,能编码蛋白质的基因有2~2.5万个,只占整个基因组的不到2% ,而剩下的都是非编码区域。而在其他低等生物如果蝇中,其编码蛋白的基因数量却占基因组的20%左右,这个比例在较低等生物——线虫中高达60%左右,在更低等生物——结核杆菌中,这个比例更大,约98%,编码RNA的比例随着物种进化水平的降低呈明显升高的趋势,相应的,非编码RNA的比例则随着物种进化水平的降低呈下降趋势,这一现象告诉我们,生物进化得越高等,它们基因组中非编码RNA的比例越高,在进化上处于金字塔顶端的人类,基因组中的非编码RNA的比例是98%,那么,它们究竟有多少种,又在生命过程中发挥什么作用呢?

按照非编码RNA片段的长度,可将它们分为两大类,即长非编码RNA和小非编码RNA。长非编码RNA的结构和功能类似mRNA,唯一不同的是它们不像mRNA那样可以翻译成蛋白,我们可以把它们叫做假基因,但是它们却像一个管家一样调节与它们临近的mRNA的转录和翻译。小非编码RNA有很多种,如microRNA,它们数量众多,目前在人中已经发现将近1500个不同的microRNA,它们的目标是mRNA和蛋白,就像把一只活蹦乱跳的小兔子变没了的魔术师,几乎所有的microRNA都发挥负调控的作用,它们通过切断mRNA而终止基因的转录过程,或者影响蛋白质的翻译过程,破坏蛋白质的正常功能,在细胞分化和癌症的发生发展中发挥重要的作用,当然对于生命的进程,这些作用有正向的,也有反向的(图3)。另外,小非编码RNA中数量比较多的还有snoRNA,它们就像理发师和美容师一样,参与RNA剪接和RNA修饰。

总之,非编码RNA不仅不是垃圾,而且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,它们就像大海里的水一样支撑着DNA和蛋白这条小船,没有非编码RNA默默的发挥调节作用,DNA和蛋白质就不能像现在这样发挥正常的生物学功能,正因为这样,非编码RNA才能够在物种千万年的漫长进化中被选择和保留下来,因为生命需要非编码RNA对编码RNA和蛋白进行调节,这就是我们为什么需要非编码RNA的原因。
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