学文网摘要概述了小rna的发现过程,介绍了小rna的特征、功能、作用机制,并对其研究进行展望,以期为小rna的研究提供参考。
关键词小rna;发现;特征;功能;作用机制
abstractthe discovery of small rna was expounded,the characteristics,function and mechanism of action were introduced,and the prospect of the research was made for the small rna study.
key wordssmall rna小rna是一类新发现的长度为21~25个核苷酸的小分子rna,它普遍存在于多细胞生物中,占整个基因组基因总数的2%左右。小rna是最为重要的调控rna分子,它可直接调控某些基因的开关,从而控制细胞的生长发育,并决定细胞分化的组织类型。根据小rna的生长、结构和功能大约可分为3类:小干涉rna(small interfering rna,sirna)、微rna(micrornas,mirnas)和其他小rna。小rna在生物进化过程中高度保守,并已被证实参与和调控包括时序发育、细胞凋亡、神经元发育、激素分泌等在内的多种生理过程[1]。小rna自1998年被发现以来,至今已有飞速的发展,目前在种类、特征、分子机制等方面的研究都有了突破性的进展,研究前景十分广阔。
1小rna的发现
1998年,生物学家发现,在果蝇和其他真核生物中导入外源双链rna分子,可以使内源基因相应序列基因的mrna降解,从而引发同源基因转录后基因沉默,这种基因表达的抑制作用称为rna干扰。小干涉rna在rna干扰途径的中间产生,最终可导致靶mrna降解产生rna干扰作用[2]。
mirnas是sirna(small interfering rna)之后发现的一种调节mrna稳定的rna。多数微rna具有高度保守性、时序性和组织特异性。线虫的lin-4[3]和let-7[4]是最早被发现的微rna,它们参与调控线虫的发育时序,后来将类似的rna统称为微rna。微rna具有重要的调控功能,与生物体的阶段性发育密切相关。随着研究的深入,已发现微rna在生命起源和早期进化、基因复杂性、疾病机理等方面的研究中具有更为深远的意义。
近年来,德国、英国、美国3个实验室[5-7]利用生物信息学、cdna文库及分子克隆技术,在不同生物体细胞中克隆到包括lin-4和let-7在内的约150个21～25个核苷酸的非编码小分子rna。这些rna具有极强的调控作用,与生物体的阶段性发育密切相关,并意识到这是一个极为广阔的小分子rna世界。
2小rna的特征
截至目前,人们认为小rna具有以下几个特点:一是小rna是长21～25个核苷酸的单链,非编码蛋白的短序列rna,本身不具有开放阅读框及蛋白质编码基因的特点,而是由***的转录单位表达成熟的小rna,有5′磷酸和3′羟基。二是具有高度的保守性。小rna在进化过程中保持着“谨慎”的态度。一些小rna的基因在进化中呈保守的趋势,在不同生物间行使同一功能,这些基因称为直向同源基因。三是在不同组织、不同发育阶段中,小rna的水平有显著差异,一些小rna呈时间发育特异性。四是小rna绝大多数位于已知基因序列的,还有一些是成簇的,且簇生排列的基因往往协同表达。五是成熟的小rna由dicer酶从折叠的发夹状前体约60个核苷酸的一条臂上切割得来。
3小rna的功能
小rna有组织特异性,可能在调控基因表达及个体发育中起着重要作用,动物基因组中小rna的丰富性和表达模式的多样性,表明它们广泛参与基因表达调控[8],还可能以多种调节途径发挥作用[9]。小rna序列、结构、丰度和表达方式的多样性使其可能作为蛋白质编码rna的调节子,对基因表达、细胞周期调控及至个体发育产生重要影响。生物个体中的一群小rna,可通过自身的rna干扰机制在生命过程的各个阶段关闭或调控基因表达水平,从而控制细胞的多种生命活动,尤其在发育过程中。
4小rna的作用机制
小rna能通过risc以2种后转录的机制之一来调节基因表达。当mirna进入到细胞质中的risc复合物,如果成熟的mirna识别并与目的mrna序列高度互补配对,那么mirna能使rna在互补区特异断裂,并且断裂位点与小干涉 rna的相同,即在与mirna第10、第11个残基配对的mrna的核苷酸处;如果mirna与目的mrna的配对不是很精确,那么mirna将抑制其翻译过程从而调控目的基因的表达。在mrna断裂之后mirna还保持完整,并且能继续识别和降解其他的mrna。近几年人们对mirna的形成和作用机制已经基本研究清楚,只是一些细节有待研究。
5研究展望
尽管小分子rna的研究飞速发展,但在基因调控的机制研究和在功能基因组学应用方面还存在许多问题,如risc的组成、risc和dicer自身的调控等,小分子rna与转录因子的关系,小分子rna对发育的调控机制等。随着这些问题的解决,对功能基因组学的研究将更加快速和深入。
6参考文献
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[7] lee r c,ambro v.an extensive class of small rnas in caenor-habditis elegans[j].science,2001,294(5543):862-864.
[8] ambros v.micrornas:tiny regulators with great potenial[j].cell,2001, 107(7):823-826.
[9] ruvkun g.molecular biology:glimpses of a tiny rna world[j].science,2001,294(5543):797-799.;discovery;characteristics;function;mechanism of action