带你认识RNA军团中“非正规军”——非编码RNA

人类的每一个细胞随时都像在进行着一场无止尽的战争，细胞核是司令部，细胞质是战场。

六十年前，弗朗西斯·克里克（Francis Crick）的“中心法则”（ DNA转录成RNA，再翻译成蛋白质）现在一直是细胞作战的绝对军规，军事机密（遗传信息）必须从司令DNA先到RNA军团，再到“武器弹药”蛋白质。



司令团DNA：掌握军事机密（遗传信息），极为重要，所以DNA都不外出，只是在司令部里下达作战命令，指挥统领RNA军团，DNA把军事机密交给RNA军团中的“正规军”——信使RNA（mRNA），由它们把这些密码带到细胞质中加工形成武器弹药蛋白质，让蛋白质发挥生物学功能，攻击“敌人”。

由于蛋白质是由mRNA所编码的，也就是大家都广为熟悉的编码RNA，因此我们称这些mRNA为RNA军团中的“正规军”。“正规军”mRNA是RNA军团嫡系部队，功能是在蛋白分子合成过程中，作为“信使”分子，将基因组DNA的遗传信息（即碱基排列顺序）传递至核糖体，实现遗传信息向蛋白质分子的转化。作为蛋白质合成的模板，“正规军”信使RNA（mRNA）长期以来一直是主要的研究重点，但在RNA军团中，除了“正规军”，还有很多“非正规军”，或许可以称为“杂牌军”——非编码RNA（ncRNA）。



如大多数军团一样，“正规军”信使RNA 一直被认为是主要的作战力量，那些“非正规军”ncRNA的发现是一个滞后的过程，并且长期被看不起，认为是大量转录的副产物，是基因组上的“垃圾”或“暗物质”，生物学意义小，没有作战能力。

但是，时来运转，在1950年代发现了基因表达中的重要非编码RNA，即核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA），它们虽是非编码RNA，但在蛋白质合成过程中有极其重要的作用，1980年代发现了小核（sn）RNA，1993年和2000年在秀丽隐杆线虫中分别发现了微量RNA（miRNA），随后各种非编码RNA逐渐浮出水面。2003年完成了人类基因组计划（HGP），在哺乳动物中发现了丰富的长非编码RNA（lncRNA），同时科学家们也惊奇地发现人类基因组中能编码蛋白的DNA只占整个基因组的2%，其余98%的DNA序列普遍被认为是“垃圾”和“噪音”，因为它们大多数仅转录成RNA，而不继续翻译成蛋白质。2005年启动的ENCODE（DNA元素百科全书）项目及其最新报告证明人类基因组剩余的“垃圾”序列至少 80% 都是有功能的，具有转录成ncRNA的能力。这些发现揭示了RNA军团中一个毫无疑问的非编码世界——在RNA军团中混有大量的“非正规军”ncRNA。

那么，什么是非编码RNA呢？
 编码蛋白质的mRNA是编码RNA，相反，那些不编码蛋白质的RNA被称为非编码RNA。非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)，指的是不被翻译成蛋白质的一类小RNA，ncRNA的核苷酸(nucleotide，nt)一般不长。这些RNA的共同特点是都能从基因组上转录而来，但是不翻译成蛋白质，在RNA 水平上就能行使各自的生物学功能了。
那么，非编码RNA军队编制有哪些军种呢？

首先要说明的一点是，在广义的分类上，目前大家比较熟悉的核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA）也是属于非编码RNA军团的。tRNA分子较小，其主要作用是在蛋白质合成中转运氨基酸。rRNA是核糖体的组分之一，参与蛋白质的合成。

其次，有一种分类方法是将非编码RNA 从长度上来划分为三类：

第一类小于50 nt，主要包括微量RNA（miRNA），小干扰RNA(siRNA)等等；

第二类为50 nt到500 nt， 除了rRNA与tRNA，还包括snRNA（小核RNA），snoRNA（小核仁RNA）等等；

第三类大于500 nt，包括长的mRNA-like 的非编码RNA，长的不带polyA 尾巴的非编码RNA等等。

另一种分类方法是将它们分为两大类，即长非编码RNA和短非编码RNA。长非编码RNA（lncRNA）的结构和功能类似mRNA，但它们不像mRNA那样可以翻译成蛋白，只是调节与它们临近的mRNA的转录和翻译。短非编码RNA有很多种，如miRNA，siRNA，snRNA，snoRNA等等。

ncRNA基因数量巨大，除上述几种ncRNA外，转移一信使RNA(tmRNA)、小胞浆RNA(seRNA)、信号识别颗粒RNA等也都属于ncRNA, 近年来，人们对ncRNA的研究极大加快了RNA组学(RNomics)的研究步伐，ncRNA比之前想像的要丰富得多，重要得多，但是ncRNA中仍有大量的未知RNA有待人们去发现。可见，“非正规军”的编制还是很多的，并且军种还在扩编，各军各司其职，在作战中发挥重要作用。

那么，“非正规军”在细胞战场上（生命过程中）发挥什么作用呢？

随着研究的深入，“非正规军”ncRNA在细胞战场上的作战能力还是杠杠的，它们的作战能力或许并不逊色于“正规军”mRNA，非编码RNA不仅不是RNA军团中的垃圾部队，反而“非正规军”的扩编已经席卷了所有的活生物体，它们在真核基因组的基因表达和重塑中都具有惊人的作用。虽是“非正规军”，但它们是战场上不可或缺的调制部队，或者说是监军，没有非编码RNA发挥调节作用，司令团DNA就无法指挥武器弹药蛋白质，蛋白质就不能像现在这样发挥正常的生物学功能，细胞战场就不会取得长久的胜利。越来越多的证据表明，ncRNA分析已成为前沿趋势，ncRNA广泛参与生命现象的各个环节，如生长、分化、发育、免疫，甚至在肿瘤的形成中也具有重要的调控作用，它们已被确定为各种癌症类型的肿瘤抑制因子和致癌驱动因子。

总之，“正不正规不重要”，“黑猫白猫能抓老鼠就是好猫”。大家不要忽视RNA军团中的“非正规军”——非编码RNA的作用咯。