科學家對RNA分子的功能的認識，從最初的僅僅是參與蛋白質(zhì)生物合成的元素，到對細胞內(nèi)信號傳導和基因表達起重要的調(diào)控因子，從RNA的催化作用，到影響翻譯及基因表達的非編碼RNAs，RNA的作用已經(jīng)越來越得到了大家的認可。

近年來，隨著生物學研究的飛速發(fā)展，RNA在生命活動中所行使的多種生物功能及作用機制不斷獲得深入解析，除了非編碼RNAs，“垃圾”RNA以為，研究人員還證實了某些情況下這些RNAs可直接與蛋白質(zhì)結合對其功能進行調(diào)控。2月16日出版的Nature雜志就以“Regulatory RNA”為題，匯集一篇社論，四篇研究論文，編輯成了增刊，幫助研究人員了解近期RNA調(diào)控等方面的研究進展。

隨著深度測序技術的發(fā)展，科學家們認識到DNA編碼RNAs的功能和特性具有前所未料的復雜性，這一增刊專題指出了RNA結構的動力學特征如何指導許多細胞過程的，還探討了特殊RNAs操控的系統(tǒng)，以及解析長鏈非編碼RNA功能的一個新模型。

RNA結構分析

越來越多的研究表明，RNA的作用遠不止是信使，傳遞信息，或者作為核糖體中的RNA成分。像是RNA剪接和編輯，維持端粒，蛋白分泌表達，小分子感應和應答催化，都是近年來發(fā)現(xiàn)的RNA的新功能。RNA如何行使這些功能，是解開許多生物學作用迷題的關鍵，而要回答這個問題，常常需要依賴于解密RNA結構。

但是要了解RNA的結構，并不容易，許多RNAs保守性不高，其功能不能通過簡單的同源篩選就可以發(fā)現(xiàn)，因此常常采用的是二級保守結構的公變分析，還可以用于功能三維RNA模塊的計算機模擬預測。去年來自麻省理工大學布羅德學院開發(fā)了一種高分辨率新技術，可以瞄準一個特定細胞，研究所有RNA的變化過程。通過在極短的時間間隔內(nèi)給RNA拍攝快照，并將這些照片連在一起，不僅能顯示出RNA的數(shù)量變化，還能看到其生命周期中短暫的中間過程。研究小組將這種追蹤新生RNA生命周期的技術與一種新的測序技術結合，就能計算出mRNA（信使RNA，攜帶遺傳信息，在蛋白質(zhì)合成時充當模板）的數(shù)量。

這一新技術的一個關鍵應用是跟蹤如癌癥或其他影響到RNA生命周期的疾病中的基因突變。過去人們只知道發(fā)生了突變，而要看到細胞里分子過程中所發(fā)生的突變結果卻非常困難。新技術能讓研究人員深入透視到細胞內(nèi)部，看到基因突變?nèi)绾螖_亂了RNA的數(shù)量水平，反過來又合成了哪種蛋白質(zhì)。

原核系統(tǒng)RNA沉默

微生物染色體上的CRISPR位點由重復元件和間隔元件組成。每個重復和間隔元件包含30到60個核苷酸堿基對序列。40%的細菌和90%的太古菌基因組序列均存在CRISPR位點。一個細菌通常含有幾個CRISPR位點，每個位點是由4到100個CRISPR重復-間隔單位組成。

研究人員發(fā)現(xiàn)通過CRISPR與CRISPR相關的“Cas”蛋白質(zhì)組的作用，微生物能夠利用小RNA分子沉默入侵物遺傳信息的關鍵部分，并獲得對類似入侵物的免疫。

細菌識別侵入的病毒或質(zhì)粒，將外源DNA小片段插入它的CRISPR位點成為新的間隔序列。CRISPR單位被轉(zhuǎn)錄成crRNA前體。Csy4酶對crRNA前體每個重復元件進行切割生成長度為60個核苷酸的crRNAs，其中包含與外源DNA相匹配的序列。Cas蛋白利用crRNA結合這些匹配序列，沉默入侵的病毒或質(zhì)粒。

這種原核細胞CRISPR/cas系統(tǒng)沉默外源DNA的方式類似于真核生物的siRNAs。隨著時間過去，CRISPR/cas系統(tǒng)將建立起可遺傳的DNA編碼免疫從而防止同類型病毒和質(zhì)粒的入侵。

長鏈非編碼RNA

長鏈非編碼RNA(IncRNA)是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200nt的RNA分子，它們并不編碼蛋白，而是以RNA的形式在多種層面上（表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等）調(diào)控基因的表達水平。

在過去的幾年里，全球的研究人員都將對于非編碼調(diào)控RNA的研究集中在小RNAs上。但是越來越多的研究證明長鏈非編碼RNA在腫瘤癌癥調(diào)控中發(fā)揮的重要作用，這些文章陸續(xù)發(fā)表在Cell，Molecular Cell等雜志上。

比如，研究人員經(jīng)過詳細分析，發(fā)現(xiàn)一些長鏈非編碼RNAs能使基因沉默，比如在X染色體失活和基因印記過程。研究人員還發(fā)現(xiàn)在去除一些長鏈非編碼RNAs后，其相鄰的蛋白編碼基因的表達會降低，而一些基因表達的激活則需要這種RNAs的參與。更加重要的是，非編碼RNAs在發(fā)育和分化相關的關鍵調(diào)控自的轉(zhuǎn)錄激活過程中，扮演了重要角色，因此也為治療包括癌癥在內(nèi)的疾病提供了新的思路。

lncRNA起初被認為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，是RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學功能。然而，近年來的研究表明，lncRNA參與了X染色體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉(zhuǎn)錄激活，轉(zhuǎn)錄干擾，核內(nèi)運輸?shù)榷喾N重要的調(diào)控過程，lncRNA的這些調(diào)控作用也開始引起人們廣泛的關注。哺乳動物基因組序列中4%~9%的序列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lncRNA（相應的蛋白編碼RNA的比例是1%）。

lncRNA主要可能具有以下幾個方面的功能：1）通過在蛋白編碼基因上游啟動子區(qū)（桔）發(fā)生轉(zhuǎn)錄，干擾下游基因（藍）的表達（如酵母中的SER3基因）。2）通過抑制RNA聚合酶II或者介導染色質(zhì)重構以及組蛋白修飾，影響下游基因（藍）表達（如小鼠中的p15AS）。3）通過與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補雙鏈（紫），進而干擾mRNA的剪切，從而產(chǎn)生不同的剪切形式。4）通過與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補雙鏈（紫），進一步在Dicer酶作用下產(chǎn)生內(nèi)源性的siRNA，調(diào)控基因的表達水平。5）通過結合到特定蛋白質(zhì)上，lncRNA轉(zhuǎn)錄本（綠）能夠調(diào)節(jié)相應蛋白的活性。6）作為結構組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白質(zhì)復合體。7）通過結合到特定蛋白上，改變該蛋白的胞質(zhì)定位。8）作為小分子RNA，如miRNA，piRNA的前體分子轉(zhuǎn)錄（Jeremy E. Wilusz et al, 2009, Genes Dev.）。