生命的暗物质---非编码RNA

作者：郝炜

在上个月于云南昆明召开的第十四届全国生物物理大会上，由陈润生院士做了题为“大数据与精准医疗”的精彩特邀报告，在报告中介绍了有关长链非编码RNA功能的最新研究进展，使与会人员感受到了该领域在未来巨大的研究前景。

在十几年前，笔者初入生命科学殿堂的本科生时代，从当时的教材中知道，生物，特别是高等生物基因组中存在大量非编码区域，这些DNA没有完整的编码框，不能最终产生蛋白质。因此，以当时笔者的理解，认为这些非编码区域对于生物细胞是无用的，甚至是“垃圾冗余”区域。

事实上，即使是在当时，除了笔者这样的菜鸟，几乎没有研究人员敢真的认定这些非编码核酸是无用的。时至今日，随着生命科学研究的突飞猛进，人们对高等生物基因组非编码区域的认识已发生了巨大的转变。目前一个很清楚的事实是，随着生物进化复杂程度提高，其基因组中非编码区域所占比例越高，例如人类基因组所转录的总RNA，非编码RNA所占比例高达98%，堪称生命的暗物质。这些非编码RNA包含相当多的种类，其中近年来被研究最多的是微小RNA（micro RNA,miRNA）与长链非编码RNA（long non-coding RNA, Lnc RNA）。越来越多的证据表明，这些非编码RNA在各种生命活动中发挥着重要的调节功能，包括器官发育，组织修复以及免疫等活动。

miRNA一般是指长度为18-24个碱基的非编码RNA，目前的研究表明这类RNA的主要功能是作为负调节因子影响编码基因的表达。据统计，人类有60%的蛋白质表达受miRNA的调节。几乎所有的人类疾病发生都与miRNA的转录受到影响有关联。一些基于miRNA的治疗手段如今也已开始进入临床实验阶段。

相比于miRNA，目前对于LncRNA的研究还远没有那么深入全面，但是作为非编码RNA的主体组成部分，LncRNA已经越来越多的引起研究人员的重视。LncRNA一般是指长度超过200个碱基的非编码RNA。除了长度上的差别，miRNA与LncRNA两者还存在其他一些不同。miRNA在物种之间高度保守，而LncRNA则具有物种、组织以及不同发育阶段的特异性。另外，相比于miRNA主要作为蛋白表达的负调节因子发挥功能，LncRNA既能够抑制蛋白表达，也能够激发蛋白的发达，因此对生命活动的调节更广泛更深远。越来越多的研究证据表明，LncRNA与人类重要疾病密切相关。

一般情况下，长度超过100个碱基的核酸就能形成相应的三维结构。ncRNA能够象蛋白质那样，通过与其它大分子之间相互作用，包括与DNA，RNA，蛋白的结合互作发挥功能，甚至也会发生磷酸化去磷酸化等自身修饰作用达到相应的调节效果。因此LncRNA在结构生物学上也具有广阔的研究空间。由于ncRNA对生命活动的参与和影响如此广泛深入，随着对该类核酸研究的推进，现有的一些经典的细胞信号通路有可能会随之得到修改和完善。正如陈润生院士的报告中所说，目前对非编码RNA尤其是LncRNA的研究还任重道远，而如果对占人类基因组98%的非编码区的认识和研究不够，则当下提出的精准医疗所需的大数据目标则无从谈起。

参考文献：

1. Non-coding RNAsand respiratory disease. Mestdagh P1, VandesompeleJ , BrusselleG , VermaelenK. Thorax. 2015 Apr;70(4):388-90. doi:10.1136/thoraxjnl-2014-206404. Epub 2014 Nov 5.

2. Non-coding RNA. John S.Mattick and Igor V. Makunin. Human Molecular Genetics, 2006, Vol. 15, ReviewIssue 1 R17–R29doi:10.1093/hmg/ddl046.