RNA在基因表达调控中的作用机制

非编码RNA在基因表达调控中的作用及机制

细胞是构成生命体的基本单位，而基因则是指控制细胞生命活动的基本单元。基因由DNA序列表达，被转录成RNA分子，再通过翻译过程合成蛋白质。传统上我们认为RNA分子作为转录产物实现了DNA信息的传递和转译，但是对于非编码RNA这一类别的RNA分子近期的发现表明它们在细胞内扮演着诸多不可忽视的角色。本文旨在从非编码RNA的定义及分类、在基因表达调控中的作用及机制几方面探索非编码RNA的意义与应用。

一、非编码RNA的定义及分类

RNA分子在功能上一般可分为编码RNA和非编码RNA两类。编码RNA指代码转录的RNA分子，它们通过翻译作用合成蛋白质，属于传统意义上的基因表达调控范畴。而非编码RNA指不能被翻译成蛋白质的RNA分子，即在转录过程中不进行转译的RNA分子。非编码RNA有多种形式，如微小RNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）以及环状RNA（circRNA）等。

1. 微小RNA（miRNA）

微小RNA是指一系列长度为18-25个核苷酸的非编码RNA分子，它们通过与靶mRNA的序列互补联结，并介导RNA切割或翻译后修饰，抑制mRNA转录和翻译，进而影响靶基因的表达。在生命活动调控中，miRNA既参与调控细胞周期、细胞增殖、细胞分化等多个生命活动，又参与调控免疫应答过程，特别是对自身免疫和病毒感染免疫有着重要作用。

2. 长链非编码RNA（lncRNA）

与miRNA不同，lncRNA长度大于2000个核苷酸，常见于细胞核中。虽然其具体作用机制并不清晰，但它们参与了许多重要调节生命体活动的功能。研究发现，lncRNA能够与靶DNA、RNA和蛋白质互作，影响细胞增殖、细胞分化以及生理过程，此外还通过对染色体修饰、染色质结构和基因沉默等过程调节转录水平。 3. 环状RNA（circRNA）

环状RNA是指由线性RNA分子转录而成的环状RNA分子。circRNA具有结构稳定、表达量低、过渡孟德尔遗传等特点，与miRNA抑制翻译的作用类似,

生命科学Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ第２２卷 第７期２０１０年７月Ｖｏｌ．　２２，　Ｎｏ．　７Ｊｕｌ．，　２０１０

文章编号　：１００４－０３７４（２０１０）０７－０６２８－０６

收稿日期：２０１０－０５－０５；修回日期：２０１０－０５－１３基金项目：国家自然科学基金项目（３０９７０６１８）＊通讯作者：Ｅ－ｍａｉｌ：　ｌｇｗｕ＠ｓｉｂｓ．ａｃ．ｃｎ基因表达调控多面手——ｍｉｃｒｏＲＮＡ

和ｓｉＲＮＡ的作用机制

赵　雅，吴立刚＊

（中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，分子生物学国家重点实验室，上海　２０００３１）

摘　要：ｍｉＲＮＡ　（ｍｉｃｒｏＲＮＡ）是一类广泛存在于高等真核细胞中的长度约为２１个碱基的小分子非编码ＲＮＡ，参与调控三分之一以上基因的表达，并与多种人类疾病存在重要关联。而ｓｉＲＮＡ（ｓｍａｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇＲＮＡ）是ＲＮＡ干扰（ＲＮＡ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，　ＲＮＡｉ）中的效应分子，其结构和作用机制与ｍｉＲＮＡ存在许多类似之处。由于ｍｉＲＮＡ和ｓｉＲＮＡ具有重要的生物学功能。因此，对它们作用机制的理解具有非常重要的理论意义和应用指导价值。该综述将对它们作用机制的研究进展做一总结和回顾。关键词：ｍｉＲＮＡ；ｓｉＲＮＡ；非编码ＲＮＡ；作用机制中图分类号：　Ｑ５２；　Ｑ９５ 文献标识码：Ａ

Multiple mechanisms of gene expression regulation

by microRNA and siRNA

ZHAO Ya, WU Li-gang*(Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for BiologicalSciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China)

RNA与DNA的交互作用机制及其在基因表达调控中的作用

DNA是生命的基础，它直接影响着生命的运行。然而，DNA并不是唯一的基因遗传物质，RNA也具有非常重要的功能。RNA与DNA的交互作用机制是一个非常重要的生物学问题，今天我们将会围绕这个话题展开探讨，同时，还将阐述RNA在基因表达调控中的作用。

一、RNA与DNA的交互作用机制

1. RNA与DNA的互补配对

RNA是由核苷酸组成的，与DNA的核苷酸有很大的相似性，它们都包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C），只有T换成了尿嘧啶（U）。RNA与DNA之间的互补配对与DNA自身的互补配对是一样的，A和U互补，C和G互补。这种互补配对是RNA与DNA之间相互作用的基础，可以使RNA在DNA的模板作用下合成RNA链。

2. RNA在DNA的模板作用下合成RNA链

在RNA合成过程中，RNA聚合酶会将RNA核苷酸逐渐地附加到DNA模板上，仅仅在模板上的硷基和RNA核苷酸的互补配对，才能允许RNA聚合酶继续加入更多的核苷酸，这样，RNA链就被合成了出来。

3. RNA在DNA的配合下拷贝DNA信息

RNA可以在DNA的配合下拷贝DNA信息，这个过程叫做转录。转录是一个非常关键的过程，是使生命得以维持的重要环节。

二、RNA在基因表达调控中的作用 1. 促进RNA的降解

RNA在细胞中具有相当少的寿命，通过调控RNA的降解过程，可以调控RNA在细胞中的寿命和活性。RNA具有很强的稳定性和抗降解能力，如果RNA持续长时间地被保持在细胞中，就会产生一些负面的效应。通过促进RNA的降解过程，可以避免这种不良后果的发生。

2. 介导蛋白质合成

RNA是基因的信息载体，因此它在蛋白质合成过程中起着非常重要的作用。RNA能够与核糖体结合，进而介导蛋白质的合成。在原核生物中，RNA通常是不稳定的，因此只有当细胞需要一种特定的酶或蛋白质时，才会合成相应的RNA。这种机制保证了细胞中的基因表达能够正确地进行。

转录因子和基因表达的调控机制

基因是生物体内物质和能量转换的基本单位，基因表达的调控是维持生物体正常发育和生理功能的重要机制。转录因子是调控基因表达的重要分子，其作用是控制基因的转录速率和转录起始位置。本文将介绍转录因子和基因表达的调控机制。

一、转录因子

转录因子是一类可以结合到DNA序列上，调控基因转录和表达的蛋白质。它可以促进或阻碍RNA聚合酶的结合，使其精确地定位在基因和启动子区域上，从而调控基因转录速率和表达水平。转录因子主要通过DNA结合结构域来识别DNA序列上的特定结构，包括启动子、增强子、抑制子等，在这些区域上结合，并调控RNA聚合酶大量复制基因所需的mRNA。

转录因子的种类很多，通常根据结构域的不同分类。受到化学信号、生理状态、细胞类型等多种因素影响，转录因子的表达水平和活性会受到变化，从而影响基因的表达。

二、基因表达的调控机制

转录因子通过特定的调控机制来表达影响基因的转录和表达。其中，主要调控机制包括下面几种。

1、染色质重塑

染色质重构和修饰是基因表达调控的一个重要机制。染色质修饰可以影响DNA核苷酸链的可访问性和转录因子与DNA的结合位点，而后者则可以调节基因的表达水平。

染色质修饰包括化学修饰（如乙酰化、甲基化、磷酸化等）和结构修饰（如DNA超螺旋化、组蛋白重塑等）。染色质的结构重构和修饰可以增强或抑制某个基因的表达，从而影响生物体的生长和发育方式。

2、RNA降解

RNA降解是维持细胞内RNA动态平衡的过程，也是基因表达调控的重要机制。一些小RNA如siRNA，具有高度的特异性和信道标识符，可以与mRNA序列互补配对，从而激活RNA酶或RNA内切酶，使目标mRNA分解。

此外，还有microRNA（miRNA）和piwiRNA等小RNA分子可作为启动子的具体调节因子，可以作为调节剂激活或抑制特定基因转录，从而影响基因表达。

3、调节蛋白和其他调控分子的修饰

重要的分子后修饰，不仅会影响蛋白质在空间和时间轴上的位置和稳定性，还会影响蛋白质组装或与其他蛋白质相互作用的方式。不同的修饰包括磷酸化、泛素化、甲基化、波赛义塔化等。这些修饰将激活或抑制蛋白质，从而控制基因表达。