人类“垃圾RNA”有重要作用——促进翻译

　　2016年09月21日讯 过去十年的基因组研究中，最大的惊喜之一是科学家们发现，与以前的信念相反，大多数的基因组并不用于生产蛋白质。最初，许多科学家认为这些长非编码RNAs是非功能的“噪音”，但在最近的研究中，有越来越多的研究发现，这些lncRNAs具有调节功能。

　　在2012年，来自RIKEN（日本理化研究所）生命科学技术中心的一个小研究组，与意大利国际高等研究院SISSA合作，发现了一类新的小鼠lncRNAs，这是所谓的“反义RNA”（Nature里程碑研究：新型非编码反义RNA ），因为它们可以与典型的蛋白编码mRNAs配对，并促进它们的翻译。

　　该研究团队惊讶地发现，将这些新的反义RNA配对，可使mRNA的翻译效率更高。这是违备直觉的，因为人们普遍认为，反义RNAs总是抑制基因活性。他们发现，对特定mRNA翻译的这种积极作用，是由嵌入反义lncRNA中的一段序列介导的。这个元件被证明是一个被称为SINE家族的成员，代表“短的散布的元件”，它们非常广泛地分布在整个基因组中。它们很早就被认为是基因组的一部分“垃圾”基因--在基因组中的古代寄生虫遗迹，能够复制自己，从而用垃圾基因填补了基因组。

　　具体来说，早期研究中发现的重复元件属于SINEB2类，其仅存在于啮齿类动物的基因组中。含有这些SINEB2元件的人工RNA--可通过简单设计反义RNA区域而靶定任何RNA，被称为SINEUPs（含有上调翻译的SINE元件的RNA）。由于小鼠SINEB2元件特有的进化--被认为已经从一个类似于tRNA的祖先序列共进化而来，自然SINEUPs被认为只存在于小鼠中。

　　现在，在《Scientific Reports》发表的一项研究中，该小组发现了一组人类序列--与小鼠的那些无关，也能生产SINEUPs。该研究团队对来自人类的RNA序列进行了一次广泛筛选，并测试了各种反义RNA的功能，以探讨它们是否有SINEUP功能。令人惊讶的是，他们发现，来自小鼠SINEB2的一种非常不同的人类SINE元件--叫FRAM和MIRB有这种功能。据该团队负责人、CLST的Piero Carninci介绍说：“这很奇怪，因为不同于小鼠SINEB2，人类的SINEB2类似于非编码RNA的无关家族。我们甚至更惊讶的看到，小鼠和人类的序列之间有着相似性：新发现的FRAM元件与小鼠SINEB2元件共有少于30%的序列，但它们通过提高它们相重叠的mRNA的翻译，以一种非常类似的方式起作用。”

　　他继续说：“就像在小鼠中一样，人类的元件可以用于生物技术应用，通过简单的设计反义部分，来靶定编码不同蛋白质的mRNA。虽然主要序列是如此的不同，但人类和小鼠蛋白可以一种类似的方式折叠，因此有类似的功能。这种功能的结构基础是未知的，这仍然是一个令人兴奋的问题。”

　　目前SINEUPs被用于生物技术的应用，来特定刺激mRNA的翻译，以产生更多的蛋白质，在细胞培养中用以研究基因功能，在生物反应器中用以生物蛋白的生产。此外，世界各地的实验室正在研制SINEUPs，以提高蛋白翻译，作为某种蛋白质缺乏所致特定疾病的疗法。据Carninci介绍：“我们的研究结果，给SINEUP工具箱又提供了一种武器，来扩大基因治疗的范围，以及表达更多种类的蛋白质。”