默默无闻的非编码RNA

  • A+
所属分类:Popular Science

中国科学院广州生物医药与健康研究院 科普小组

(原文:http://www.gibh.cas.cn/kxcb/kpwz/201107/t20110722_3312803.html

2013年2月23日由原作者修订版)

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。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,由它们把这些密码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。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。

长期以来,非编码RNA以及被认为是基因组上的Junk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2%!其余98%的DNA大多数仅转录成RNA,而不继续翻译成蛋白质。根据生物进化所遵循的“用进废退”的原则,非编码RNA如果是Junk,那么它们应该会逐渐被淘汰,然而事实却并非如此。人们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;而在低等生物如果蝇中,其编码蛋白的基因数量却很高,占整个基因组的20%左右;在较低等生物如线虫中,编码RNA高达60%左右;而在更低等生物如结核杆菌中,编码RNA在基因组中所占的比例更大,约98%。可见编码RNA在基因组中所占的比例随着物种进化水平的升高呈明显降低的趋势,与之相反,非编码RNA在基因组中所占的比例则随着物种进化水平的升高呈升高趋势。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,非编码RNA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和短非编码RNA。长非编码RNA的结构和功能类似mRNA,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,但是它们却像管家一样调节与它们临近的mRNA的转录和翻译。短非编码RNA有很多种,如microRNA,siRNA,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,它们能像魔术师,把一只活蹦乱跳的小兔子变没了,大多数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。另外,短非编码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,随着物种的进化,这种调节功能更加重要。正因为这样,非编码RNA才能够在物种百万年的漫长进化中被选择和保留下来,对编码RNA和蛋白进行调节,在生命的过程中默默的发挥重要作用。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: