选择性剪接与非编码RNA功能

选择性剪接使得单个基因能够生成多种不同的信使RNA，并通常生成多种蛋白质，通过以不同组合连接外显子，极大地扩展了基因组的功能输出。非编码RNA，即不翻译成蛋白质的转录本，增加了额外的调控层，作用于转录、剪接、RNA稳定性和染色质。这些现象共同解释了数量适中的基因如何支持转录组的复杂性。

Definition

选择性剪接是指通过调控过程，将单个前信使RNA中不同组合的外显子连接起来，产生不同的成熟转录本；而非编码RNA功能则指不翻译成蛋白质的RNA转录本的调控和结构作用。

Scope

本主题涵盖了选择性剪接的调控过程（外显子包含与跳跃、剪接位点选择和异构体多样性）以及非编码RNA的主要类别和功能，从小型调控RNA到长链非编码RNA。它是转录组学领域的概念和方法学参考，不提供临床指导。

Core questions

• 剪接位点是如何被识别和选择的，从而使一个基因产生多种转录异构体？
• 选择性剪接如何扩展蛋白质组和转录组的多样性？
• 非编码RNA的主要类别有哪些，它们如何调控基因表达？
• 高通量方法如何检测异构体并量化非编码转录本？

Key concepts

• 外显子、内含子和剪接体
• 外显子包含与跳跃
• 剪接位点和外显子定义
• 转录异构体多样性
• 小型调控RNA（例如，微RNA）
• 长链非编码RNA（lncRNA）
• 转录后调控
• 剪接调控元件和因子

Mechanisms

在剪接过程中，剪接体从前信使RNA中去除内含子并连接外显子；当剪接位点选择受到调控时，相同的前信使RNA可以通过外显子包含、外显子跳跃或替代剪接位点和起始/终止位点的使用，加工成不同的成熟转录本。正确边界的识别取决于剪接位点序列以及由剪接因子结合的调控元件，这就是为什么外显子定义是一个精细调控的过程，正如Keren及其同事所综述的。非编码RNA通过互补机制发挥作用：短调控RNA指导靶信使RNA的抑制，而长链非编码RNA可以作为蛋白质复合物的支架，引导染色质修饰因子，或调节转录，正如Ponting及其同事所调查的。全基因组调查，如ENCODE项目，表明基因组的很大一部分被转录为非编码RNA，这突显了这一调控层的广度；捕获剪接连接的测序方法可以检测和量化异构体和非编码转录本。

Clinical relevance

异常剪接和失调的非编码RNA与许多疾病有关，是生物标志物和治疗研究的活跃领域。作为参考主题，本条目解释了异构体和非编码RNA生物学如何被描述和测量；它不是个体诊断或治疗决策的基础。

Evidence & guidelines

参考文献综述包括Keren及其同事关于选择性剪接和外显子定义的文章，以及Ponting及其同事关于长链非编码RNA功能的文章，并辅以ENCODE项目的全基因组转录调查。这些是方法学和概念性参考，而非临床指南。

History

20世纪70年代后期，裂基因和RNA剪接的发现揭示了外显子可以以替代方式组合，在随后的几十年里，选择性剪接被认为是转录本和蛋白质多样性的普遍来源。与此同时，非编码RNA的研究从少数已知的有功能RNA扩展到大量的小型调控和长链非编码转录本，21世纪以来的全基因组项目记录了广泛的非编码转录，重新定义了基因组的许多部分是具有功能的转录本。

Debates

有多少非编码转录是具有功能的？

全基因组调查显示，基因组的很大一部分被转录为非编码RNA，但区分具有生物学功能的转录本与转录噪音仍然存在争议，长链非编码RNA的功能注释落后于其发现速度。

Key figures

• Gil Ast
• Chris P. Ponting
• Wolf Reik

Seminal works

• keren-2010
• ponting-2009
• encode-2012

Frequently asked questions

一个基因如何产生几种不同的蛋白质？

通过选择性剪接，单个基因的前信使RNA的外显子可以以不同的组合连接，产生不同的成熟转录本，这些转录本可能被翻译成不同的蛋白质异构体。这在不增加基因数量的情况下极大地扩展了功能多样性。

如果非编码RNA不被翻译，它们如何发挥作用？

它们作为RNA分子发挥作用，而不是作为蛋白质的模板。小型调控RNA可以指导靶信使RNA的抑制，而长链非编码RNA可以作为蛋白质复合物的支架，引导染色质修饰机制，或影响转录。