RAN在细胞中作用是什么？RNA参与基因调控吗？

　　1868年，弗里德里希·米舍尔发现了一种不同于以往任何已知的细胞核酸分子。从那时起，细胞中的核酸（DNA和RNA）在生命分子中的地位日益突出。在科学发现史上，破解DNA结构秘密为许多科学家赢得了诺贝尔奖。

　　然而，另一种核酸RNA，它也是一种同样有趣和具有挑战性的分子。它在细胞中的作用象DNA那样不简单，给科学家提供了一些令人兴奋的研究途径。那么，这个分子在细胞中到底起什么作用呢？

　　什么是RNA？

　　在结构上，RNA是DNA的单链表亲。与DNA一样，它们由四种碱基腺嘌呤（A）、尿嘧啶（而不是DNA胸腺嘧啶）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）组成。核糖核酸中的糖分子有氧分子，而DNA分子没有氧分子。因此，DNA和RNA分别得名脱氧核糖核酸和核糖核酸。

　　作为分子，RNA比DNA的刚性双螺旋更具柔性。它可以是螺旋状的，也可以折叠成各种不同的形状，比如著名的tRNA发夹环。

　　图注：这是RNA的结构之一。它由四个含氮碱基组成，类似于DNA。从功能上讲，RNA最的功能与蛋白质合成有关。

　　DNA所代表的指令是用来制造蛋白质的。蛋白质是生命的基石，有助于制造其他的基石，如碳水化合物或脂质结构。

　　把DNA看作是一本包含生命所有信息的古书。这样一份珍贵的文件必须不惜一切代价加以保存，因此不应随便翻页。RNAs就像是DNA古籍的复印件，不需要担心拷贝的损坏，因为原件是完整的。

　　三巨头

　　制造蛋白质的第一个关键RNA类型是信使RNA或mRNA。mRNA是保存蛋白质制造蓝图的DNA的一个小拷贝。mRNA是通过一种叫做转录的过程合成的。它是DNA和制造蛋白质核糖体的机器之间的信使。

　　mRNA转录在DNA所在的细胞核中进行，然后转移到核糖体所在的细胞质中。读取mRNA和制造蛋白质的过程称为转录，这是蛋白质合成的第二步。在细胞质中两个主要RNA是细胞核糖体RNA（rRNA）和tRNA的下。

　　rRNA，顾名思义，是核糖体的一部分。核糖体由两部分组成：一个较小的亚单位和一个较大的亚单位，每个亚单位都有自己的RNA。核糖体蛋白和rRNA一起，确保mRNA的读取方向正确，并正确地放置在核糖体中。核糖核酸还催化氨基酸的添加，生成最终的蛋白。

　　图注：参与蛋白质合成的三大RNA：信使RNA（mRNA）、转移RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。在这幅图中，rRNA是rRNA所在的核糖体，与核糖体的各种蛋白质结合。tRNA可以理解mRNA的信息。蛋白质是由20种常见的氨基酸组成的。这20种氨基酸都像一根长线一样连接在一起，然后折叠起来。mRNA指定了哪种氨基酸何时何地出现。根据mRNA转录，tRNA将正确的氨基酸带到核糖体。每个氨基酸有多个tRNA，20个氨基酸共有61个tRNA。mRNA有关于哪个氨基酸去哪里的信息。适当的tRNA将读取该信息，然后添加正确的氨基酸。

　　基因，到处都是基因，而不是蛋白质

　　这是常见的三种RNA的功能，但是在过去的二十年里，科学家们发现了一个潘多拉盒子，里面有不同的RNA，它们与蛋白质合成没有直接关系。这些RNA被广泛称为“非编码RNA”（ncRNA）。

　　这些小RNA（sRNA）由18～30个核苷酸组成，由多种亚型组成，如microRNA（miRNA）、小干扰RNA（siRNA）和piwi蛋白家族成员相互作用RNA（piRNA，小型非编码RNA分子）。有形态异常的RNA，如发夹RNA和环状RNA。细胞核、核仁、细胞质甚至细胞外都有RNA。有来自转座子和病毒的RNAs，最后，还有三个大的参与蛋白质合成。问题是…为什么有那么多其他的RNA类型，它们在细胞中做什么？

　　图注：转录过程，核糖体利用mRNA转录物制造蛋白质。基因调控

　　并非所有的基因都在细胞中表达，因为细胞只在需要特定蛋白质时才表达蛋白质编码基因。这种对基因何时、如何和多少被表达的控制称为基因调控。

　　把这个过程想象成在RNA复印件上做笔记。由于它不是真正的书本身，细胞可以随心所欲修改RNA影印文件。人们可以注释它，删除某些部分，用它创作“诗歌”，或者简单地执行这一章中的说明。我们也可以在"复印件"上写上“不要制造这种蛋白质”，或者只是把复印件存档以备不时之需。

　　图注：RNA结构这就是基因调控的本质。ncRNAs似乎在控制基因中起作用，而microRNA（miRNA）和小干扰RNA（siRNA）则通过靶向不需要表达的基因的mRNA转录沉默基因。然后，靶向的mRNA转录被破坏，大约60%的基因遭遇该命运。

　　ncRNA样PIWI相互作用RNA（piRNA）和小核RNA（snRNA）通过表观遗传机制发挥作用。表观遗传学字面上的意思是“对”或“额外”的DNA。它们是帮助细胞在不改变序列的情况下，通过对DNA进行微小的外部改变来调节DNA信息的机制。这包括在DNA中添加化学标签或甲基，并使DNA更松散或更紧密。

　　当涉及到细胞分化时，如从干细胞分化为皮肤细胞或肝细胞时，这些机制具有暗示意义。snRNA在一个人的先天免疫中起着关键作用，许多其他RNA类型可能是潜在的药物靶点。

　　图注：详细观察microRNAs，一种ncRNA，在细胞中是如何工作的。所有RNA都有用吗？

　　然而，闪光的并不都是金子。ncRNA代表了遗传学和表观遗传学研究的一个热门分支，但它有一个基本的问题隐约浮现在它的头上：所有的ncRNA都是功能性的吗？对于上面列出的ncRNA，科学家们已经描绘出它们是如何工作的，足以肯定地说它们是细胞的重要元素。

　　对于许多仍在被发现的新ncRNA来说，这个功能似乎有点可疑。许多科学家质疑是否因为存在而假设函数是庞然大物。这些RNA中的一些可能只是作为另一个过程的副产物存在。

　　这是一个令人兴奋的生物学领域。表观遗传学和RNAs的世界有潜力为我们提供新的疾病治疗方法，更好地阐明有多少疾病起作用。当我们进一步了解基因组的功能和机制时，我们将更好地理解为什么细胞有如此多的RNA类型，以及每种RNA在细胞中的作用！

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