ยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนและยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีน

ไม่ใช่ทุกยีนที่จะสร้างโปรตีน ยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจะถูกถอดรหัสเป็น messenger RNA ซึ่งจะถูกแปลเป็นโปรตีน ในขณะที่ยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจะสร้างโมเลกุล RNA ที่ทำหน้าที่เป็น RNA โดยตรง เช่น การควบคุม การประมวลผล หรือการเป็นโครงสร้างสำหรับโมเลกุลอื่น ๆ การระบุตำแหน่งในจีโนม (genome annotation) ช่วยแยกแยะยีนเหล่านี้ และพบว่ายีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนมีจำนวนมากกว่าที่เคยเข้าใจกันมาก ซึ่งแตกต่างจากมุมมองเดิมที่เชื่อว่าจีโนมส่วนใหญ่ประกอบด้วยยีนที่สร้างโปรตีนเท่านั้น

Definition

ยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนคือยีนที่ถูกถอดรหัสเป็น mRNA ซึ่งจะถูกแปลเป็นโปรตีน ส่วนยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนคือยีนที่ถูกถอดรหัสเป็น RNA ที่ทำหน้าที่ได้จริง (เช่น long non-coding RNA, microRNA หรือ RNA อื่นๆ ที่ไม่ถูกแปล) ซึ่งทำหน้าที่ของมันในฐานะ RNA โดยไม่ถูกแปลเป็นโปรตีน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมความแตกต่างระหว่างยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนและยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีน ประเภทหลักของ RNA ที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่ได้จริง และวิธีการที่การระบุตำแหน่งในจีโนมกำหนดประเภทของยีน เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและเพื่อการศึกษา โดยจะอธิบายความสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนกับโรคในภาพรวม ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• อะไรคือสิ่งที่แยกแยะยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนออกจากยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีน?
• RNA ที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่ได้จริงมีประเภทหลักๆ อะไรบ้าง?
• การระบุตำแหน่งในจีโนมตัดสินใจได้อย่างไรว่าทรานสคริปต์เป็นยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนหรือไม่?
• เหตุใดยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจึงมีความสำคัญทางชีววิทยา แม้ว่าจะไม่สร้างโปรตีนก็ตาม?

Key concepts

• ยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีน
• Messenger RNA (mRNA)
• Non-coding RNA (ncRNA)
• Long non-coding RNA (lncRNA)
• MicroRNA และ small regulatory RNA
• Functional RNA เทียบกับลำดับที่ไม่ถูกแปล
• การระบุตำแหน่งในจีโนมและศักยภาพในการถอดรหัสเป็นโปรตีน

Mechanisms

ยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจะถูกถอดรหัส จากนั้น mRNA จะถูกประมวลผลและส่งออกไป และไรโบโซมจะแปล open reading frame ของมันเป็นโปรตีน ยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจะถูกถอดรหัส แต่ผลิตภัณฑ์ของมันจะพับตัวและทำหน้าที่เป็น RNA: long non-coding RNA สามารถนำตัวปรับแต่งโครมาติน (chromatin modifiers) เป็นโครงสร้างสำหรับโปรตีนเชิงซ้อน หรือควบคุมยีนข้างเคียงได้ ในขณะที่ small RNA เช่น microRNA จะจับคู่กับเป้าหมายเพื่อควบคุมความเสถียรและการแปลของพวกมัน กระบวนการระบุตำแหน่ง (annotation pipelines) จะจัดประเภทของทรานสคริปต์โดยใช้คุณสมบัติ เช่น การมีอยู่และการอนุรักษ์ของ open reading frame เพื่อแยกแยะยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนออกจากยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีน

Clinical relevance

เนื่องจากยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนมีบทบาทในการควบคุมการแสดงออกของยีน การเปลี่ยนแปลงในยีนเหล่านี้หรือในเป้าหมายของพวกมันจึงอาจมีส่วนทำให้เกิดโรคได้ แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงลำดับโปรตีนก็ตาม ดังนั้น การรับรู้ว่ายีนใดเป็นยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนหรือยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจึงมีผลต่อการตีความการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม หัวข้อนี้ให้ข้อมูลพื้นฐานเชิงแนวคิดเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

การระบุตำแหน่งในจีโนมทั่วทั้งจีโนมบ่งชี้ว่าจีโนมของมนุษย์มียีน long non-coding RNA จำนวนใกล้เคียงกับยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนประมาณสองหมื่นยีน และจีโนมส่วนใหญ่ถูกถอดรหัสเป็น non-coding RNA ซึ่งแสดงให้เห็นว่ายีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนเป็นองค์ประกอบหลักเชิงปริมาณของชุดยีนทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่ความแปลกประหลาดเล็กน้อย

Evidence & guidelines

รายการยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนของมนุษย์มาจากการระบุตำแหน่งทรานสคริปโตมอย่างเป็นระบบ: ENCODE ได้ทำแผนที่การถอดรหัสที่แพร่หลายทั่วทั้งจีโนม และการศึกษาที่อิงตาม GENCODE ได้สร้างรายการอ้างอิงของ long non-coding RNA ซึ่งอธิบายโครงสร้างยีน การอนุรักษ์ และการแสดงออกของพวกมัน ซึ่งทำหน้าที่เป็นมาตรฐานการระบุตำแหน่ง

History

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ยีนถูกเทียบเท่ากับหน่วยที่ถอดรหัสเป็นโปรตีน โดยมี structural RNA ถูกมองว่าเป็นข้อยกเว้นจำนวนน้อย การศึกษาทรานสคริปโตมในช่วงทศวรรษ 2000 เปิดเผยว่าจีโนมส่วนใหญ่ถูกถอดรหัสเป็น non-coding RNA และมียีน long non-coding RNA หลายพันยีน ซึ่งเป็นการขยายคำจำกัดความของยีนให้รวมถึงผลิตภัณฑ์ RNA ที่ทำหน้าที่ได้จริง

Debates

ทรานสคริปต์ที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนจำนวนเท่าใดที่ทำหน้าที่ได้จริง?

การถอดรหัสที่แพร่หลายสร้าง non-coding RNA จำนวนมหาศาล แต่การแยกแยะระหว่าง RNA ที่มีหน้าที่ทางชีววิทยาออกจากสัญญาณรบกวนจากการถอดรหัสยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน และขึ้นอยู่กับการอนุรักษ์ ความจำเพาะของการแสดงออก และหลักฐานจากการทดลอง

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

• encode-2012
• derrien-2012
• cabili-2011

Frequently asked questions

ถ้ายีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนไม่สร้างโปรตีน แล้วมันทำอะไร?

ผลิตภัณฑ์ RNA ของมันทำหน้าที่ได้จริง: long non-coding RNA สามารถควบคุมโครมาตินและการแสดงออกของยีนได้ และ small RNA เช่น microRNA จะควบคุมความเสถียรและการแปลของสารส่งสัญญาณอื่นๆ

นักวิทยาศาสตร์แยกแยะยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนออกจากยีนที่ไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีนได้อย่างไร?

การระบุตำแหน่งจะประเมินศักยภาพในการถอดรหัสเป็นโปรตีนของทรานสคริปต์ ซึ่งส่วนใหญ่พิจารณาว่ามี open reading frame ที่ได้รับการอนุรักษ์และมีแนวโน้มที่จะถูกแปลหรือไม่ เพื่อจัดประเภทว่าเป็นยีนที่ถอดรหัสเป็นโปรตีนหรือไม่ถอดรหัสเป็นโปรตีน