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我們為什么需要非編碼RNA?

發表日期:2011-07-22來源:感染免疫中心 覃麗梅來源:放大 縮小

生命的基本過程是從DNA轉錄成mRNA,再翻譯成蛋白質發揮功能(圖1),DNA就像一張絕密的密碼圖,不能隨意被移動,只能被鎖在細胞核里,要想知道這些密碼,只能像復印一樣,將密碼圖復印到mRNA上,由它們把這些秘密文件帶到細胞質中,進一步加工成蛋白質,讓蛋白質發揮生物學功能,比如當我們的手被劃破的時候會出血,但血不會一直流,因為我們身體內會分泌凝血因子,促進凝血并幫助傷口愈合,這些因子就是蛋白質,如果沒有蛋白質,就沒有肌肉、沒有骨骼、沒有頭發、沒有皮膚、沒有生命。由于這些蛋白質是由mRNA所編碼的,因此我們稱這些mRNA為編碼RNA;相反,那些不編碼蛋白質的RNA被稱為非編碼RNA。

非編碼RNA是單鏈的核糖核酸,經常彎曲成一個發卡狀。長期以來,這些非編碼RNA以及它們所對應的DNA被認為是垃圾或“暗物質”,然而,隨著2001年人類基因組測序的完成,科學家們驚奇地發現人類基因組中能編碼蛋白的DNA只占整個基因組的3-5%!眾多DNA僅僅轉錄成RNA,而不編碼蛋白質,都屬于非編碼RNA,它們的數量遠遠大于編碼蛋白質的mRNA。根據生物進化遵循的“用進廢退”的原則,非編碼RNA如果是垃圾,那么它們應該會逐漸被淘汰,然而人們卻發現生物進化的水平和非編碼RNA息息相關。對人類基因組圖譜的分析發現:在人類基因組中,能編碼蛋白質的基因有2~2.5萬個,只占整個基因組的不到2% ,而剩下的都是非編碼區域。而在其他低等生物如果蠅中,其編碼蛋白的基因數量卻占基因組的20%左右,這個比例在較低等生物——線蟲中高達60%左右,在更低等生物——結核桿菌中,這個比例更大,約98%,編碼RNA的比例隨著物種進化水平的降低呈明顯升高的趨勢,相應的,非編碼RNA的比例則隨著物種進化水平的降低呈下降趨勢,這一現象告訴我們,生物進化得越高等,它們基因組中非編碼RNA的比例越高,在進化上處于金字塔頂端的人類,基因組中的非編碼RNA的比例是98%,那么,它們究竟有多少種,又在生命過程中發揮什么作用呢?

按照非編碼RNA片段的長度,可將它們分為兩大類,即長非編碼RNA和小非編碼RNA。長非編碼RNA的結構和功能類似mRNA,唯一不同的是它們不像mRNA那樣可以翻譯成蛋白,我們可以把它們叫做假基因,但是它們卻像一個管家一樣調節與它們臨近的mRNA的轉錄和翻譯。小非編碼RNA有很多種,如microRNA,它們數量眾多,目前在人中已經發現將近1500個不同的microRNA,它們的目標是mRNA和蛋白,就像把一只活蹦亂跳的小兔子變沒了的魔術師,幾乎所有的microRNA都發揮負調控的作用,它們通過切斷mRNA而終止基因的轉錄過程,或者影響蛋白質的翻譯過程,破壞蛋白質的正常功能,在細胞分化和癌癥的發生發展中發揮重要的作用,當然對于生命的進程,這些作用有正向的,也有反向的(圖3)。另外,小非編碼RNA中數量比較多的還有snoRNA,它們就像理發師和美容師一樣,參與RNA剪接和RNA修飾。

總之,非編碼RNA不僅不是垃圾,而且廣泛參與生命現象的各個環節,如生長、分化、發育、免疫,甚至在腫瘤的形成中也具有重要的調控作用,它們就像大海里的水一樣支撐著DNA和蛋白這條小船,沒有非編碼RNA默默的發揮調節作用,DNA和蛋白質就不能像現在這樣發揮正常的生物學功能,正因為這樣,非編碼RNA才能夠在物種千萬年的漫長進化中被選擇和保留下來,因為生命需要非編碼RNA對編碼RNA和蛋白進行調節,這就是我們為什么需要非編碼RNA的原因。
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