Gen mã hóa protein và gen không mã hóa

Không phải gen nào cũng tạo ra protein. Các gen mã hóa protein được phiên mã thành RNA thông tin (mRNA), sau đó được dịch mã thành protein, trong khi các gen không mã hóa tạo ra các phân tử RNA chức năng hoạt động như RNA — điều hòa, xử lý hoặc làm giàn giáo cho các phân tử khác. Chú giải bộ gen phân biệt các lớp này, và các gen không mã hóa hóa ra có số lượng lớn hơn nhiều so với quan điểm trước đây cho rằng bộ gen chỉ chứa các gen mã hóa protein.

Definition

Gen mã hóa protein được phiên mã thành mRNA, sau đó được dịch mã thành protein; gen không mã hóa được phiên mã thành một RNA chức năng (chẳng hạn như RNA không mã hóa dài, microRNA, hoặc các RNA không dịch mã khác) thực hiện vai trò của nó dưới dạng RNA mà không bị dịch mã.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự phân biệt giữa gen mã hóa protein và gen không mã hóa, các lớp chính của RNA không mã hóa chức năng, và cách chú giải bộ gen gán các gen vào các loại này. Đây là tài liệu tham khảo và giáo dục; các mối liên hệ bệnh lý của gen không mã hóa được mô tả theo các thuật ngữ chung, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điều gì phân biệt một gen mã hóa protein với một gen không mã hóa?
• Các lớp chính của RNA không mã hóa chức năng là gì?
• Chú giải bộ gen quyết định một bản phiên mã có mã hóa hay không bằng cách nào?
• Tại sao các gen không mã hóa lại quan trọng về mặt sinh học mặc dù không tạo ra protein?

Key concepts

• Gen mã hóa protein
• RNA thông tin (mRNA)
• RNA không mã hóa (ncRNA)
• RNA không mã hóa dài (lncRNA)
• MicroRNA và RNA điều hòa nhỏ
• RNA chức năng so với trình tự không dịch mã
• Chú giải bộ gen và tiềm năng mã hóa

Mechanisms

Các gen mã hóa protein được phiên mã, mRNA được xử lý và xuất bào, và ribosome dịch mã khung đọc mở của nó thành protein. Các gen không mã hóa được phiên mã nhưng sản phẩm của chúng gấp lại và hoạt động như RNA: các RNA không mã hóa dài có thể hướng dẫn các yếu tố điều chỉnh chromatin, làm giàn giáo cho các phức hợp protein, hoặc điều hòa các gen lân cận, trong khi các RNA nhỏ như microRNA kết cặp với các thông điệp mục tiêu để kiểm soát sự ổn định và dịch mã của chúng. Các quy trình chú giải phân loại một bản phiên mã dựa trên các đặc điểm như sự hiện diện và bảo tồn của một khung đọc mở để phân biệt gen mã hóa với gen không mã hóa.

Clinical relevance

Bởi vì các gen không mã hóa điều hòa biểu hiện gen, các biến thể trong chúng hoặc trong các mục tiêu của chúng có thể góp phần gây bệnh ngay cả khi không có trình tự protein nào bị thay đổi; do đó, việc nhận biết một gen là mã hóa hay không mã hóa sẽ định hình cách giải thích các biến thể. Chủ đề này cung cấp nền tảng khái niệm đó để tham khảo và giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Epidemiology

Chú giải bộ gen trên toàn bộ bộ gen cho thấy bộ gen người chứa số lượng gen RNA không mã hóa dài tương đương với khoảng hai mươi nghìn gen mã hóa protein của nó, và một phần lớn bộ gen được phiên mã thành RNA không mã hóa, thiết lập các gen không mã hóa như một thành phần chính về mặt định lượng của bổ sung gen chứ không phải là một sự tò mò nhỏ.

Evidence & guidelines

Danh mục các gen không mã hóa ở người đến từ chú giải hệ thống bộ phiên mã: ENCODE đã lập bản đồ phiên mã phổ biến trên toàn bộ bộ gen, và các nghiên cứu dựa trên GENCODE đã xây dựng các danh mục tham chiếu về RNA không mã hóa dài mô tả cấu trúc gen, sự bảo tồn và biểu hiện của chúng, đóng vai trò là tiêu chuẩn chú giải.

History

Trong nhiều thập kỷ, gen được đồng nghĩa với một đơn vị mã hóa protein, với các RNA cấu trúc được coi là một tập hợp nhỏ các ngoại lệ. Các nghiên cứu bộ phiên mã vào những năm 2000 đã tiết lộ rằng phần lớn bộ gen được phiên mã thành RNA không mã hóa và có hàng nghìn gen RNA không mã hóa dài tồn tại, mở rộng định nghĩa của một gen để bao gồm các sản phẩm RNA chức năng.

Debates

Có bao nhiêu bản phiên mã không mã hóa thực sự có chức năng?

Phiên mã phổ biến tạo ra số lượng lớn RNA không mã hóa, nhưng việc phân biệt những RNA có chức năng sinh học với nhiễu phiên mã vẫn còn gây tranh cãi và phụ thuộc vào sự bảo tồn, tính đặc hiệu biểu hiện và bằng chứng thực nghiệm.

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

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

Frequently asked questions

Nếu một gen không mã hóa không tạo ra protein, nó làm gì?

Sản phẩm RNA của nó tự nó có chức năng: các RNA không mã hóa dài có thể điều hòa chromatin và biểu hiện gen, và các RNA nhỏ như microRNA kiểm soát sự ổn định và dịch mã của các thông điệp khác.

Các nhà khoa học phân biệt gen mã hóa với gen không mã hóa như thế nào?

Chú giải đánh giá tiềm năng mã hóa của một bản phiên mã — chủ yếu là liệu nó có chứa một khung đọc mở được bảo tồn có khả năng được dịch mã hay không — để phân loại nó là mã hóa protein hay không mã hóa.