基因转录和转录后调控的研究进展

基因转录和转录后调控的研究进展
基因转录是指DNA上的基因序列被RNA聚合酶复制成RNA的过程。

这一过
程是生物体细胞内的信使RNA和结构RNA的合成基础。

此外，RNA的转录还是
基因表达和调控中至关重要的一步，塑造了生物体发育、代谢和响应环境的特质。

在过去的几十年里，基因转录的研究有了巨大的突破。

科学家们深入研究了转
录因子、RNA聚合酶、组蛋白修饰和核糖体等关键分子，并阐明了一系列转录调
控机制，如蛋白结合因子、启动子序列和增强子序列等。

然而发现，基因组中只有少部分基因直接参与蛋白质的编码过程，大部分基因
则是在转录后通过RNA加工和修饰，产生多种RNA分子，进而发挥各种调控作用。

细胞程序性RNA
目前发现的3种程序性RNA（piRNA，miRNA和siRNA）都是由剪接的前驱
体RNA产生的小RNA分子。

它们的分子大小区间不同，piRNA最长，siRNA最短，而miRNA在它们之间。

这些分子都通过与靶RNA相结合来发挥下调和/或稳
定靶RNA的络合作用。

piRNA是42-50核苷酸长的RNA，主要在生殖细胞中发现，并与Aub和蜕变
抑制蛋白(Mael)等蛋白结合，帮助抑制非编码RNA和反转录转座子等异源、自体
病福群(J)的移动。

miRNA长约20-24个核苷酸，类似piRNA，它们转录自基因组上的特定区域，是调控生物干细胞分化和细胞周期的关键分子。

miRNA将与肥大蝇女神的启示录(AGO)和WIH蛋白结合，形成RNA-诱导沉默复合物（RISC），并与靶mRNA相
结合，导致mRNA的降解或翻译抑制。

siRNA与miRNA类似，也长约20-24个核苷酸，但siRNA转录本地RNA的双链RNA前体，通过Dicer酶介导的剪切产生。

在细胞内，它将与AGO结合，并通
过RNA干扰技术去靶RNA（包括基因的RNA载体），进一步调控RNA降解、mRNA剪接或蛋白质翻译等关键生物过程。

长链非编码RNA
目前发现的非编码RNA通过可变的机制与染色质修饰酶（如死亡蛋白、组蛋
白去乙酰化酶、甲基转移酶和蛋白质激酶C经来发挥调控作用。

这些RNA在调节
基因转录和转录后加工过程中发挥了关键作用。

长链非编码RNA（lncRNA）是指超过200个核苷酸的RNA分子，在转录后会被剪切、修饰和合并，形成多种小片段。

lncRNA可以通过各种方式发挥调控作用，如染色体修饰、转录抑制和蛋白质调控等。

其中lncRNA Xist生动地展示了lncRNA在性染色体调控中的重要作用：在雌
性（XX）细胞中发现X染色体)上的lncRNA Xist可以在发育早期激活并调节离子
流使巨核细胞在一个特定的细胞透过“硬编码”，将某个X染色体被包裹成“雷达静止”，从而避免了女性细胞中X染色体的“超表达”。

另一个lncRNA HOTAIR特别在细胞周期中调控中起重要作用。

HOTAIR可与Com组蛋白色修饰酶和PRAF2来调控基因和染色体的修饰状态。

此外，HOTAIR
也作为miR-331-3p的天然抑制剂，增加了基因转录和蛋白质表达。

转录后修饰
除RNA片段外，RNA还受到许多化学和结构上的修改。

这些RNA修饰，如
甲基化、脱甲基化、N6-甲基腺嘌呤、pseudouridine、inosin和2'-还原核苷酸，等
都与基因转录和转录调控，以及非整合易感基因表达等关键生物过程有关。

甲基化是RNA上最为常见的化学转录后修饰之一。

它可以在RNA的碱基、核酸和糖基上发生，其大小、位置和路径都是可变的。

DNA导入到对应mRNA后，
DNA甲基化会对mRNA的稳定性和翻译产生良好的调控作用。

研究已经表明，蛋白质和非编码RNA下游的可变甲基化模式会影响它们的RNA亲和性和效果。

除了RNA的化学修饰外，RNA还受到结构上的修饰，如RNA的四级结构或C字形结构。

这些RNA结构都与通过RNA介导的反应和转录调控有关。

如RNA 的C字形结构可以为RNA和RNA结合蛋白、核糖核酸加工酶和蛋白质-核酸相互作用的形成提供重要的基础。

总结
基因转录和转录后调控是生物体基因表达和调控的关键过程。

在没有DNA编码的情况下，RNA可在转录后表现出非常复杂的调控行为。

现代研究方法和技术已经帮助科学家们解决了RNA的分子结构和复杂生物物理学问题，并证明RNA 分子在基因表达调控和疾病诊断、治疗方面的应用前景广阔。