RNA không mã hóa và các chức năng điều hòa

Một phần lớn bộ gen được phiên mã thành các RNA không bao giờ được dịch mã thành protein. Các RNA không mã hóa này—từ các microRNA nhỏ và RNA can thiệp nhỏ đến các RNA không mã hóa dài—hoạt động trực tiếp như các yếu tố điều hòa, hướng dẫn sự im lặng của các thông điệp, định hình chất nhiễm sắc và tạo giàn giáo cho các phức hợp phân tử. Khám phá của chúng đã định hình lại RNA như một tác nhân điều hòa gen, không chỉ đơn thuần là một chất trung gian.

Definition

RNA không mã hóa là các phân tử RNA không được dịch mã thành protein mà thay vào đó thực hiện các chức năng cấu trúc, xúc tác, hoặc—trọng tâm ở đây—điều hòa, bao gồm các RNA nhỏ điều khiển sự im lặng gen đặc hiệu trình tự và các RNA không mã hóa dài điều hòa phiên mã và chất nhiễm sắc.

Scope

Chủ đề này bao gồm các lớp chính của RNA không mã hóa điều hòa, các con đường RNA can thiệp và microRNA mà qua đó các RNA nhỏ làm im lặng biểu hiện gen, và các vai trò đa dạng của các RNA không mã hóa dài. Nó coi đây là các cơ chế điều hòa trong sinh học RNA và mang tính chất tham khảo-giáo dục, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các lớp RNA không mã hóa nào điều hòa biểu hiện gen, và chúng khác nhau như thế nào?
• Các RNA nhỏ đạt được sự im lặng đặc hiệu trình tự thông qua RNA can thiệp và con đường microRNA như thế nào?
• Các RNA không mã hóa dài ảnh hưởng đến phiên mã, chất nhiễm sắc và các phức hợp phân tử như thế nào?
• Việc khám phá các RNA điều hòa đã thay đổi quan điểm về bộ gen như thế nào?

Key concepts

• MicroRNA (miRNA)
• RNA can thiệp nhỏ (siRNA)
• RNA can thiệp và phức hợp làm im lặng
• RNA không mã hóa dài (lncRNA)
• Làm im lặng gen đặc hiệu trình tự
• RNA như giàn giáo và hướng dẫn
• RNA nội sinh cạnh tranh / hấp thụ microRNA

Key theories

RNA can thiệp

RNA sợi đôi được xử lý thành các hướng dẫn ngắn điều khiển sự im lặng đặc hiệu trình tự của các bản phiên mã bổ sung; việc xác định ribonuclease khởi đầu quá trình này đã giúp định nghĩa một con đường làm im lặng RNA nhỏ được bảo tồn, được chia sẻ bởi microRNA và RNA can thiệp nhỏ.

Mechanisms

Các RNA điều hòa nhỏ được tạo ra khi các tiền chất sợi đôi hoặc cấu trúc kẹp tóc dài hơn bị phân cắt bởi ribonuclease thành các duplex ngắn; một sợi được nạp vào một phức hợp hiệu ứng sử dụng ghép cặp bazơ để nhận diện các mRNA đích bổ sung và điều khiển sự phân cắt hoặc ức chế dịch mã của chúng. Logic RNA can thiệp này được chia sẻ bởi các RNA can thiệp nhỏ và microRNA, loại thứ hai được mã hóa trong bộ gen để điều chỉnh biểu hiện của nhiều gen đích. Các RNA không mã hóa dài hoạt động thông qua một loạt các cơ chế rộng hơn—gấp thành các cấu trúc tuyển dụng các yếu tố điều chỉnh chất nhiễm sắc, hướng dẫn protein đến các vị trí gen cụ thể, hoặc đóng vai trò như giàn giáo và mồi nhử—để RNA tham gia trực tiếp vào việc điều hòa phiên mã và tổ chức bộ gen. Cùng với nhau, các RNA này cho thấy phần lớn sản phẩm điều hòa của bộ gen là RNA chứ không phải protein.

Clinical relevance

Các RNA không mã hóa được nghiên cứu như các dấu ấn sinh học và như các mục tiêu hoặc tác nhân điều trị, và con đường RNA can thiệp là cơ sở của một nhóm thuốc làm im lặng gen. Mục này mô tả sinh học đó như một kiến thức nền tảng giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Việc khám phá các RNA điều hòa nhỏ ở giun và chứng minh rằng RNA sợi đôi kích hoạt sự im lặng đặc hiệu trình tự mạnh mẽ (RNA can thiệp) đã mở ra một lĩnh vực phát triển bao gồm microRNA, RNA can thiệp nhỏ và một kho tàng phong phú các RNA không mã hóa dài. Trong những thập kỷ tiếp theo, 'cuộc cách mạng RNA không mã hóa' này đã lật đổ giả định rằng sự điều hòa chủ yếu được thực hiện bởi protein.

Debates

Việc hấp thụ microRNA bởi các RNA khác phổ biến và có chức năng đến mức nào?

Một số RNA không mã hóa dài và RNA vòng được đề xuất hoạt động như các RNA nội sinh cạnh tranh cô lập microRNA, nhưng ý nghĩa sinh lý của hiệu ứng 'hấp thụ' này ở mức độ biểu hiện nội sinh vẫn còn đang được tranh luận.

Key figures

• Victor Ambros
• Gary Ruvkun
• Andrew Fire
• Craig Mello
• Gregory Hannon

Seminal works

• bernstein-2001
• carthew-2009
• cech-2014

Frequently asked questions

Nếu các RNA không mã hóa không được dịch mã, chúng làm gì?

Chúng hoạt động như các yếu tố điều hòa và các phân tử cấu trúc hoặc xúc tác—ví dụ, các RNA nhỏ làm im lặng các thông điệp cụ thể thông qua RNA can thiệp, và các RNA không mã hóa dài giúp kiểm soát phiên mã và chất nhiễm sắc.

Sự khác biệt giữa microRNA và RNA can thiệp nhỏ là gì?

Cả hai đều là các RNA ngắn hướng dẫn sự im lặng thông qua cùng một bộ máy cốt lõi; microRNA được mã hóa trong bộ gen để điều hòa nhiều gen nội sinh, trong khi RNA can thiệp nhỏ thường phát sinh từ RNA sợi đôi dài hơn và làm im lặng các đích bổ sung cao.