研究表明RNA“垃圾”如何控制我们的基因

亚利桑那州立大学的研究人员在理解生物中基因是如何被控制的方面取得了重大进展。这项新研究发表在《核酸研究》杂志上，重点研究微小透明的秀丽隐杆线虫（C.elegans）中的关键RNA片段

该研究提供了秀丽隐杆线虫RNA 3’UTR区域的详细图谱。3’UTRs（非翻译区）是参与基因调控的RNA片段

对于研究DNA基因转录成RNA后如何开启和关闭的科学家来说，这张新地图是一个有价值的工具。利用这些数据，科学家可以更好地预测小RNA分子（miRNA）如何与基因相互作用以控制其活性。研究人员还探索了3’UTR的关键区域，这些区域有助于处理和调节RNA分子

通过研究这种模式生物中的遗传物质，研究人员对基因行为的奥秘有了更深入的了解，揭示了对人类健康和疾病至关重要的基本生物过程

这项新研究的通讯作者Marco Mangone说：“这项里程碑式的工作代表了20年辛勤工作的成果。我们终于对高等生物中基因是如何形成的有了完整的了解。”

“有了这个完整的数据集，我们现在可以精确定位和研究这些基因片段中的所有调控和处理元素。这些元素决定了基因表达的持续时间、它们在细胞内的特定位置以及所需的表达水平。”

Mangone是弗吉尼亚·G·派珀个性化诊断生物设计中心的研究员，也是亚利桑那州立大学生命科学学院的教授

基因是DNA片段，包含了地球上惊人多样性生命的蓝图。然而，这种多功能性的部分秘密不在于基因本身，而在于它们的效果是如何被微妙地微调的。基因为制造蛋白质提供指令，蛋白质在构建和修复细胞和组织、加速化学反应和保护身体免受病原体感染方面发挥着重要作用

为了产生蛋白质，基因需要一种称为RNA的中间分子。在这个过程中，DNA首先被复制到RNA中，RNA充当DNA模板和产生的蛋白质之间的桥梁。尽管我们的DNA基因组从出生起就固定不变，但RNA通过调节基因的表达方式为身体提供了巨大的灵活性

一旦遗传指令从DNA转录成信使核糖核酸（信使核糖核酸），信使核糖核酸的特殊片段——3’UTR——就可以调节蛋白质的产生方式

3’UTRs是位于信使RNA分子末端的RNA片段。它们通过控制信使核糖核酸的稳定性和效率，有助于控制蛋白质的制造方式和时间。这种调节允许对环境变化做出动态反应，并能够控制蛋白质的生产，这对适应各种生理需求至关重要

最初，像3’UTR这样的非编码RNA被视为非必要的遗传片段，因为它们本身不编码蛋白质。然而，最近的研究表明，它们对改变基因行为和影响mRNA的稳定性、定位和翻译效率至关重要。翻译是指将RNA转化为由氨基酸序列组成的蛋白质的过程

3'UTR是复杂且适应性强的蛋白质生产制衡系统的组成部分。此外，这些RNA调节元件通常包含负责蛋白质调节的其他元件的结合位点，包括微小RNA和RNA结合蛋白

尽管它们很重要，但科学家以前对它们知之甚少。这项新研究通过绘制秀丽隐杆线虫几乎所有基因的3'UTR来解决这一差距，为任何动物提供了同类中最完整的图谱

生物体与人类有许多重要的生物学途径，这对于研究基因功能、发育和疾病过程来说是非常宝贵的。其透明的身体使研究人员能够实时观察细胞过程，其基因组成能够精确操纵基因

这些特征使秀丽隐杆线虫成为揭示生物学基本机制的有力工具，这些机制通常在包括人类在内的各个物种中都是保守的

研究发现，在秀丽隐杆线虫中，不同3'UTR之间切换的过程比以前认为的要少。这挑战了早期的观点，凸显了基因调控的复杂性。利用这些新数据，科学家们更新了微小RNA如何与基因相互作用的预测

从这项新研究中获得的见解对人类健康具有深远的影响。基因控制问题可能导致癌症、糖尿病和神经系统疾病等疾病。通过提供3'UTRs及其调控元素的详细图谱，这项研究提供了新的见解，可以带来更好的治疗和疗法

研究中产生的新数据集将成为研究遗传学和人类健康的科学家的关键资源。ASU团队计划继续他们的研究，以进一步探索这些调节元件是如何工作的，以及它们对基因控制的关键影响 More information: Emma Murari et al, A comprehensive analysis of 3′UTRs in Caenorhabditis elegans, Nucleic Acids Research (2024). DOI: 10.1093/nar/gkae543

Journal information: Nucleic Acids Research