調(diào)節(jié)子是分子生物學上的名詞，它是指一段核糖核酸基因序列，主要調(diào)控蛋白質(zhì)的合成與活性。
正文
RNA 調(diào)節(jié)子的功能
現(xiàn)有的證據(jù)表明，在所有的生物體當中包括ncRNA在內(nèi)的分子調(diào)控過程是非常普遍的。RNA如此適合這一目的的原因之一是在單細胞水平和分子系統(tǒng)的宏觀進化上是高效的。與蛋白質(zhì)比較而言，RNA分子合成和降解所需的能量更少。而且RNA分子較蛋白質(zhì)更不穩(wěn)定也是一個優(yōu)點，因為用作瞬時信號的調(diào)節(jié)分子應當快速降解。在許多例子中核糖核酸調(diào)節(jié)子只需要與靶核糖核酸中的互補序列通過堿基配對的方式行使功能，而蛋白質(zhì)則需要更為復雜的RNA結(jié)合結(jié)構域。
在真核生物中，基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控一般是在染色質(zhì)結(jié)構水平上完成的。眾所周知，有時RNA是染色質(zhì)的豐富組成成分，但其存在被歸因于參與新生的轉(zhuǎn)錄物或RNA加工和修飾。最近的研究表明一些RNA分子在染色體大片段區(qū)域的轉(zhuǎn)錄活化中可能起作用。一個與ncRNA轉(zhuǎn)錄物密切相關的遺傳現(xiàn)象是遺傳印跡(genetic imprinting)，涉及來自親本的一個拷貝位點的特異失活。多數(shù)哺乳動物的印跡基因是成簇存在的，它們當中通常包含ncRNA基因。來自親本的一個等位基因表達常常與相關蛋白質(zhì)編碼基因抑制相關，表明ncRNA參與基因沉默機制。哺乳動物的XistRNA、果蠅roX-1和roX-2 RNA分別參與了X染色體失活過程和劑量補償，是雄性(XY)和．雌性(XX)細胞內(nèi)X染色體相關基因轉(zhuǎn)錄水平平衡的需要。在這兩種情況中，ncRNA分子募集蛋白質(zhì)因子對X染色體染色質(zhì)進行特異性修飾。
一些核糖核酸調(diào)節(jié)子通過與其他RNA簡單的反義相互作用發(fā)揮功能。依據(jù)基因組來源，內(nèi)源的反義RNA大致可以分為兩類：①反式，反式－己二烯二酸反義RNA(trans-antisenseRNA)，該反義RNA轉(zhuǎn)錄自推測的靶特定位點；②順式反義RNA(cis-antisenseRNA)，該反義RNA由靶RNA同一基因組區(qū)的互補鏈轉(zhuǎn)錄生成。
在線蟲中首次被識別的lin-4和let-7RNA可以與靶mRNA互補結(jié)合，在不影響轉(zhuǎn)錄物RNA穩(wěn)定性的情況下在起始后水平阻止翻譯。這種機制提供了一種嚴格調(diào)控幾種基因表達時間方式。通過對人類、果蠅、新桿狀線蟲和擬南芥的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，microRNA代表了一大類在高等真核生物中普遍存在的反式，反式－己二烯二酸反義RNA，在控制發(fā)育相關基因表達方面可能起著關鍵性的作用。
通過反義相互作用影響基因表達水平的另一種可能機制是核糖核酸干擾(RNAi)，即通過形成RNA-RNA雙鏈引發(fā)RNA的降解途徑。而且參與RNAi的酶都是相當保守的，因此，在真核生物中這種RNA干擾機制似乎是十分普遍的。
順式反義RNA在真核生物中也是十分常見的。在有些情況下，它們常與成簇存在的印跡基因密切相關，它們的確切功能還不知道。不過已有證據(jù)表明其中一些順式反義RNA的破壞導致嚴重的遺傳紊亂。在人8型脊髓小腦脊髓小腦性共濟失調(diào)癥患者中發(fā)現(xiàn)重疊Keleh樣1(KLHLl)基因順式反義核糖核酸的突變。研究與遺傳血色病相關的HFE基因座位發(fā)現(xiàn)該基因表達產(chǎn)生一個編碼MHC I型樣蛋白質(zhì)的mRNA和一個反義有多聚腺甘酸的非編碼轉(zhuǎn)錄物。體外實驗研究表明，這種反義轉(zhuǎn)錄物町以抑制翻譯，但是在體內(nèi)的確切機制還不清楚。
在細菌中，有數(shù)個調(diào)節(jié)RNA可以通過結(jié)合其靶mRNA的互補區(qū)域在基因表達的翻譯水平進行特異和高效的調(diào)節(jié)。它們或者是通過翻譯抑制或者是通過刺激依賴于調(diào)控RNA的結(jié)合位點而發(fā)揮功能。研究得最清楚的一個是87個核苷酸長的DsrA 核糖核酸，該調(diào)控RNA可以刺激應激反應。因子(rpoS)翻譯。DsrA RNA通過與rpoS mRNA二級結(jié)構的互補而結(jié)合rpoS mRNA的5'非翻譯區(qū)，作為翻譯的順式作用抑制物。另一方面，DsrA可與H-NS mRNA開放讀碼框的5'和3'部分作用，從而抑制其翻譯。因此，DsrA對基因表達有雙重功效，既可以刺激被刺激的rpoS和抑制的H—NS基因。還有其他一些基因序列與DsrA RNA互補，似乎是轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)的良好候選者。DsrA具體是刺激翻譯進行還是抑制翻譯進行取決于其結(jié)合的翻譯起始位點的位置。
一些ncRNA可以影響蛋白質(zhì)的活性。核糖核酸分子可以通過結(jié)合蛋白質(zhì)而影響后者的結(jié)構、酶活性及該蛋白質(zhì)的配體結(jié)合活性。已有資料表明有許多ncRNA可以通過與蛋白質(zhì)相互作用而調(diào)控基因表達的例子。
在大腸桿菌中RNA的種類也很多，如6SRNA，早在30年前就已被人們所認識。但是很長一段時間6SRNA的具體功能人們都沒有搞清楚，主要是由于通過實驗的方法過表達或敲除該基因并沒有引發(fā)表型上的明顯變化。近來的研究表明，在大腸桿菌的穩(wěn)定生長期(stationary growth phase)，其6SRNA可以與包含sigma70因子的RNA聚合酶全酶形成穩(wěn)定的配位化合物而減少依賴G70基因轉(zhuǎn)錄水平。
另一種細菌核糖核酸，是OxyS基因產(chǎn)物，在氧化應激的條件下表達，是應激反應。因子(rpoS)的負調(diào)節(jié)子。OxyS RNA結(jié)合Hfq蛋白是rpoS mRNA翻譯所必需的L24。該OxyS RNA還可以通過反義結(jié)合阻斷核糖體結(jié)合位點作為fblA mRNA翻譯的負調(diào)節(jié)子。
在哺乳動物中，已觀察到依賴RNA的蛋白質(zhì)功能調(diào)節(jié)類固醇受體激活子SRA RNA的過程。已有研究表明，這些RNA可以正調(diào)控一些類固醇激素受體，包括雄性激素、雌激素、糖皮質(zhì)激素和妊娠素受體。在潛在的開放讀碼框內(nèi)產(chǎn)生的一些組織特異性變體和突變體并不影響其活性。
另一種非編碼轉(zhuǎn)錄物，7SKRNA具有調(diào)節(jié)RNA聚合酶Ⅱ活性的功能。7SKRNA與正轉(zhuǎn)錄延伸因子(P-TEFb)形成特異的配位化合物而抑制其激酶活性和轉(zhuǎn)錄活性。
ncRNA還參與RNA和蛋白質(zhì)的亞細胞定位。在兩棲動物卵母細胞中，母源的mRNA在動物和植物區(qū)的正確分布是胚胎正常發(fā)育的必要條件。例如，在同生(cogenesis)的早期階段，非編碼Xlsirt轉(zhuǎn)錄物，包含3～13個重復的79～81 nt長的元件，定位在植物區(qū)的皮質(zhì)，它們可能促進其他核糖核酸的錨定。在果蠅中，發(fā)現(xiàn)非編碼的Pgc RNA起到穩(wěn)定極粒作用，極粒由極細胞分化為功能配子所需的來自母源產(chǎn)生的分子組成。hsrw RNA的細胞核形式參與調(diào)控細胞核不均一RNA結(jié)合蛋白(hnRNP)的分布。
在ncRNA中所占比例最多的就是小核仁RNA(snoRNA)。迄今為止，大多數(shù)的snoRNA都承擔持家基因的功能。它們參與了核糖體的轉(zhuǎn)錄后修飾(2'-O-甲基化和假尿酸化)和小核RNA(snRNA)及前rRNA的加工。脊椎動物的端粒酶RNA就屬于snoRNA的H/ACA家族的成員。隨著研究的深入，會發(fā)現(xiàn)越來越多的與發(fā)育相關的和具有調(diào)控功能的組織特異性snoRNA。
除了一些明確知道其作用的非編碼轉(zhuǎn)錄物之外，還有大量報道的但沒有明確功能的ncRNA。一些特異性的核糖核酸只在特異的組織或特定的發(fā)育階段表達，它們的調(diào)節(jié)功能 目前還沒有研究清楚。BORG RNA是在骨形成蛋白(BMP)/成骨蛋白(OP)誘導下表達的，它在成骨細胞的分化中起關鍵作用，但是它的確切功能還未研究清楚。DD3 RNA和PCGEM1 RNA在前列腺腫瘤細胞中是過表達的。一些激活的CD4+T細胞表達17kb長的NTT RNA基因，此ncRNA可能參與干擾素gamma受體的表達調(diào)節(jié)。此外，有一類非編碼轉(zhuǎn)錄物在應激條件下啟動表達，例如過氧化氫處理(adapt33/adapt15)、脫氧核糖核酸損傷(gadd7)或缺氧(aHIF)或熱激也會產(chǎn)生ncRNA。植物中參與發(fā)育調(diào)節(jié)和應激反應的ncRNA的數(shù)量也在增加。
參考資料 >
操縱子和調(diào)節(jié)子有什么區(qū)別.百家號.2024-11-02
Nature:基因突變“主要調(diào)節(jié)子”.生物通.2024-11-02