非编码RNA(ncRNA)并非翻译成蛋白质的功能性RNA分子。这类RNA虽不直接参与合成蛋白质,却在细胞的多个过程中扮演关键角色。透过不断的探索与研究,科学家发现了许多不同类型的ncRNA,包括转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)、小RNA(例如miRNA、siRNA等)及长非编码RNA(如Xist及HOTAIR)等。根据最新的转录组及生物资讯研究,人体基因组中可能存在数以千计的非编码RNA,并且许多新辨识的ncRNA仍未被赋予明确功能。
许多已被识别的ncRNA的功能尚不清楚。
自1868年,Friedrich Miescher首次发现核酸以来,RNA的角色已逐步明朗。 1939年,RNA被认为与蛋白质合成有关。随着研究的深入,Francis Crick于1960年代预言了一种功能性RNA的存在,并推测RNA在与信使RNA(mRNA)配对方面比多肽更具优势。至1965年,科学家成功解析了酵母菌中的丙氨酸tRNA的结构。为了提取纯化的丙氨酸tRNA,研究人员动用了140公斤的商业酵母,最终仅获得1克的tRNA进行分析。
RNA的结构解析是科学研究的重要里程碑。
非编码RNA涵盖数个群体,并参与多种细胞过程。从保存于所有或大多数细胞生命中的重要ncRNA,至更专一于少数物种的瞬态ncRNA,这些ncRNA的历史可追溯至最早的生命形式及“RNA世界”假说。
许多重要且丰富的ncRNA参与翻译。核糖体是细胞中进行翻译的“工厂”,其由超过60%的核糖体RNA组成。这些rRNA的功能包括催化核苷酸序列转变为蛋白质。另一组ncRNA,即转运RNA,则在mRNA与蛋白质之间形成“适配分子”。此外,snoRNA与RNase MRP等ncRNA也扮演著成熟rRNA的重要角色。
rRNA催化了核苷酸序列向蛋白质的翻译。
在真核生物中,剪接体执行必要的剪接反应,以去除内含子序列,形成成熟的mRNA。剪接体由多种非编码RNA组成,对细胞的mRNA产生至关重要的影响。
非编码RNA对数千个基因的表达有着调控作用,这些调控可能是在trans或cis中进行的。特别是miRNA,通过与多个mRNA互补配对来监控基因表达。
与蛋白质一样,ncRNA的突变或不平衡能引发各类疾病。例如,研究显示多种ncRNA在癌症组织中的表现存在异常变化,包括miRNA及长非编码RNA等。
ncRNA的研究可能有助于更好地理解癌症等疾病的机制。
随着科学的进步,对于ncRNA的理解将会越来越深入。许多科学家持续探讨这些非编码RNA的功能,希望能揭开其在生命起源及细胞活动中的奥秘。
在这一过程中,不禁让人思考:当生命的起源逐渐被揭示时,非编码RNA将再次以何种方式改变我们对生命本质的理解?