帶你認識RNA軍團中“非正規軍”——非編碼RNA

人類的每一個細胞隨時都像在進行著一場無止盡的戰爭，細胞核是司令部，細胞質是戰場。

六十年前，弗朗西斯·克里克（Francis Crick）的“中心法則”（ DNA轉錄成RNA，再翻譯成蛋白質）現在一直是細胞作戰的絕對軍規，軍事機密（遺傳信息）必須從司令DNA先到RNA軍團，再到“武器彈藥”蛋白質。



司令團DNA：掌握軍事機密（遺傳信息），極為重要，所以DNA都不外出，只是在司令部里下達作戰命令，指揮統領RNA軍團，DNA把軍事機密交給RNA軍團中的“正規軍”——信使RNA（mRNA），由它們把這些密碼帶到細胞質中加工形成武器彈藥蛋白質，讓蛋白質發揮生物學功能，攻擊“敵人”。

由于蛋白質是由mRNA所編碼的，也就是大家都廣為熟悉的編碼RNA，因此我們稱這些mRNA為RNA軍團中的“正規軍”。“正規軍”mRNA是RNA軍團嫡系部隊，功能是在蛋白分子合成過程中，作為“信使”分子，將基因組DNA的遺傳信息（即堿基排列順序）傳遞至核糖體，實現遺傳信息向蛋白質分子的轉化。作為蛋白質合成的模板，“正規軍”信使RNA（mRNA）長期以來一直是主要的研究重點，但在RNA軍團中，除了“正規軍”，還有很多“非正規軍”，或許可以稱為“雜牌軍”——非編碼RNA（ncRNA）。



如大多數軍團一樣，“正規軍”信使RNA 一直被認為是主要的作戰力量，那些“非正規軍”ncRNA的發現是一個滯后的過程，并且長期被看不起，認為是大量轉錄的副產物，是基因組上的“垃圾”或“暗物質”，生物學意義小，沒有作戰能力。

但是，時來運轉，在1950年代發現了基因表達中的重要非編碼RNA，即核糖體RNA（rRNA）和轉運RNA（tRNA），它們雖是非編碼RNA，但在蛋白質合成過程中有極其重要的作用，1980年代發現了小核（sn）RNA，1993年和2000年在秀麗隱桿線蟲中分別發現了微量RNA（miRNA），隨后各種非編碼RNA逐漸浮出水面。2003年完成了人類基因組計劃（HGP），在哺乳動物中發現了豐富的長非編碼RNA（lncRNA），同時科學家們也驚奇地發現人類基因組中能編碼蛋白的DNA只占整個基因組的2%，其余98%的DNA序列普遍被認為是“垃圾”和“噪音”，因為它們大多數僅轉錄成RNA，而不繼續翻譯成蛋白質。2005年啟動的ENCODE（DNA元素百科全書）項目及其最新報告證明人類基因組剩余的“垃圾”序列至少 80% 都是有功能的，具有轉錄成ncRNA的能力。這些發現揭示了RNA軍團中一個毫無疑問的非編碼世界——在RNA軍團中混有大量的“非正規軍”ncRNA。

那么，什么是非編碼RNA呢？
 編碼蛋白質的mRNA是編碼RNA，相反，那些不編碼蛋白質的RNA被稱為非編碼RNA。非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)，指的是不被翻譯成蛋白質的一類小RNA，ncRNA的核苷酸(nucleotide，nt)一般不長。這些RNA的共同特點是都能從基因組上轉錄而來，但是不翻譯成蛋白質，在RNA 水平上就能行使各自的生物學功能了。
那么，非編碼RNA軍隊編制有哪些軍種呢？

首先要說明的一點是，在廣義的分類上，目前大家比較熟悉的核糖體RNA（rRNA）和轉運RNA（tRNA）也是屬于非編碼RNA軍團的。tRNA分子較小，其主要作用是在蛋白質合成中轉運氨基酸。rRNA是核糖體的組分之一，參與蛋白質的合成。

其次，有一種分類方法是將非編碼RNA 從長度上來劃分為三類：

第一類小于50 nt，主要包括微量RNA（miRNA），小干擾RNA(siRNA)等等；

第二類為50 nt到500 nt， 除了rRNA與tRNA，還包括snRNA（小核RNA），snoRNA（小核仁RNA）等等；

第三類大于500 nt，包括長的mRNA-like 的非編碼RNA，長的不帶polyA 尾巴的非編碼RNA等等。

另一種分類方法是將它們分為兩大類，即長非編碼RNA和短非編碼RNA。長非編碼RNA（lncRNA）的結構和功能類似mRNA，但它們不像mRNA那樣可以翻譯成蛋白，只是調節與它們臨近的mRNA的轉錄和翻譯。短非編碼RNA有很多種，如miRNA，siRNA，snRNA，snoRNA等等。

ncRNA基因數量巨大，除上述幾種ncRNA外，轉移一信使RNA(tmRNA)、小胞漿RNA(seRNA)、信號識別顆粒RNA等也都屬于ncRNA, 近年來，人們對ncRNA的研究極大加快了RNA組學(RNomics)的研究步伐，ncRNA比之前想像的要豐富得多，重要得多，但是ncRNA中仍有大量的未知RNA有待人們去發現。可見，“非正規軍”的編制還是很多的，并且軍種還在擴編，各軍各司其職，在作戰中發揮重要作用。

那么，“非正規軍”在細胞戰場上（生命過程中）發揮什么作用呢？

隨著研究的深入，“非正規軍”ncRNA在細胞戰場上的作戰能力還是杠杠的，它們的作戰能力或許并不遜色于“正規軍”mRNA，非編碼RNA不僅不是RNA軍團中的垃圾部隊，反而“非正規軍”的擴編已經席卷了所有的活生物體，它們在真核基因組的基因表達和重塑中都具有驚人的作用。雖是“非正規軍”，但它們是戰場上不可或缺的調制部隊，或者說是監軍，沒有非編碼RNA發揮調節作用，司令團DNA就無法指揮武器彈藥蛋白質，蛋白質就不能像現在這樣發揮正常的生物學功能，細胞戰場就不會取得長久的勝利。越來越多的證據表明，ncRNA分析已成為前沿趨勢，ncRNA廣泛參與生命現象的各個環節，如生長、分化、發育、免疫，甚至在腫瘤的形成中也具有重要的調控作用，它們已被確定為各種癌癥類型的腫瘤抑制因子和致癌驅動因子。

總之，“正不正規不重要”，“黑貓白貓能抓老鼠就是好貓”。大家不要忽視RNA軍團中的“非正規軍”——非編碼RNA的作用咯。