Nature惊人发现:可编码的“垃圾”RNA




    在植物和动物中, microRNAs(miRNAs) 调控了许多不同基因的表达。这样的调控在许多过程包括经历不同发育阶段的转变以及对环境压力的响应中都起着关键的作用。 miRNAs 是由酶切割前体转录物初级 miRNAs (pri-miRs) 而生成,直到现在人们都认为 pri-miRs 不编码任何的蛋白质。


    现在,来自法国的研究人员提供了令人信服的反面证据。他们发现一些 pri-miRs 编码了促进它们的 miRNAs 生成的肽。这是第一份研究报道证实一个 pri-miR 编码了一种功能肽,由此从全新的视角认识了 pri-miR 区域除直接生成 miRNAs 之外的重要功能。相关论文发表在 3 月 25 日的《自然》( Nature )杂志上。


    在上世纪 70 年代,人们开始清楚地认识到编码蛋白质的基因组区域(基因)遨游在非蛋白质编码序列的大海之中,遗传学家 Susumu Ohno 提出的“垃圾 DNA ”的概念成为了一个热门话题。尽管现在生物学家们已清楚地知道了内含子(基因内部分离编码区域外显子的序列)以及它们显著的调控作用。垃圾 DNA 这一术语仍然继续存在,被用来泛指基因间的一些序列,以表明它们并不重要。


    有关非蛋白质编码 DNA 序列有用性的争论还在持续。基因组中这些基因间隔区内的序列生成了大多数植物和许多动物的 pri-miRs 。显然,这些序列并非没有用处。但不生成 miRNA 或高度结构化相邻序列的一些 pri-miR 区域仍遭受着相似的命运:它们很大程度上被忽视,或者被视作是缺乏功能的垃圾 RNA 。


    植物和动物的 pri-miRs 都是由细胞核中的 DNA 通过 RNA 聚合酶 II 转录而成。这一转录物中包围着 miRNA 序列的结构化(折叠)区域被动物的 Drosha 或植物的 Dicer-like1 识别进行加工处理。接下来,转运蛋白将剪切序列运输到细胞质,在那里进行进一步的加工,才能够引导 RNA 诱导沉默复合体 (RISC) 通过切割或是在翻译水平上阻遏 mRNAs 来抑制靶基因。


     人们普遍认为, pri-miR 折叠区域上下游序列会在 miRNA 切除后快速地降解。然而在新研究中, Dominique Lauressergues 和同事们在两种植物物种的许多不同 pri-miRs 中鉴别出了一些开放阅读框 (ORFs) 。其中有 5 个 ORFs 他们预测出了对应的氨基酸序列。随后研究人员合成了相应的肽,生成了特异的抗体。利用这些抗体,作者们证实了在植物中这些 ORFs 被自然地翻译成了称之为 miPEPs 的肽。


    这些 miPEPs 与它们相关的成熟 miRNAs 呈现相同的组织分布,提高了这些 miRNAs 的表达和效应。研究人员证实这些 miPEPs 促进了对应 pri-miR 的转录,而非提高了 miRNA 的稳定性。


    所发现的 7 个 miPEPs 均显示与在所有开花植物中保守存在的古老 miRNAs 家族相关。看起来有待发现的 miPEPs 有可能会在古老的 miRNA 家族中更加普遍。并且似乎一些 miPEPs 也有可能编码在某些动物 pri-miRs 中。此外, Lauressergues 还确定了发现的 7 个 miPEPs 中有 5 个编码在长度小于 100 个核苷酸的 ORFs 中。


     新研究发现揭示出了至少部分 pri-miR 非折叠序列的一种意外功能,由此阐明了基因调控的一个新层次。
 

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