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2.1.3轉錄后水平調控
轉錄后調控（post-transcriptional regulation）是指在RNA轉錄后對基因表達的調控，是真核生物基因表達的特點(diǎn)之一。轉錄后形成的原初轉錄物須經(jīng)過(guò)一系列的加工，才能轉變成具功能的成熟mRNA，從而作為蛋白質(zhì)翻譯的模板。在mRNA的加工成熟過(guò)程中，可通過(guò)各種不同的機制來(lái)調節控制基因表達種類(lèi)和數量，可根據自身生長(cháng)發(fā)育的需要實(shí)現遺傳信息的選擇性表達。轉錄后調控包括常規的RNA的可變剪接調控、mRNA的5’加帽和3’加尾調控及microRNA調控，而lncRNA調控和circRNA調控根據不同調控模式同時(shí)在轉錄水平和轉錄后水平調控基因的表達。
1、RNA的可變剪接：
大多數真核基因轉錄產(chǎn)生的mRNA前體是按一種方式剪接產(chǎn)生出一種成熟mRNA分子，因而只翻譯成一種蛋白質(zhì)。但有些基因的一個(gè)mRNA前體通過(guò)不同的剪接方式(選擇不同的剪接位點(diǎn))產(chǎn)生不同的mRNA剪接異構體，這一過(guò)程稱(chēng)為可變剪接(或選擇性剪接, alternative splicing)。由于RNA的可變剪接不牽涉到遺傳信息的永久性改變．所以是真核基因表達調控中一種比較靈活的方式。mRNA的可變剪接是轉錄后水平調節基因表達的重要機制之一, 是導致人類(lèi)基因和蛋白質(zhì)數量較大差異的重要原因。
真核細胞核內前體mRNA加工通過(guò)5’加帽、剪接(移除內含子)、3’末端切割加尾．從而形成成熟的mRNA．成熟的mRNA和hnRNP及其他蛋白質(zhì)形成復合體輸出核外再經(jīng)過(guò)選擇性降解參與翻譯。這些步驟并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性順序，而是在轉錄物延伸期和轉錄同時(shí)發(fā)生的。從而形成一個(gè)大型的“生產(chǎn)鏈”。一般認為，可變剪接有5種基本形式：①內含子保留；②可變的5’端；③可變的3’端；④外顯子盒；⑤互斥外顯子(一組外顯子中只選其一)。也有分為7種形式的，加上可變的起始或末端外顯子，而這兩種形式更有可能是可變啟動(dòng)子、可變polyA位點(diǎn)造成的。已有實(shí)驗研究表明，可變剪接在產(chǎn)生受體多樣性、控制調節生長(cháng)發(fā)育等方面起決定性作用。尤其表現在神經(jīng)系統和免疫系統，這與該類(lèi)系統的功能多樣性和反應敏感性是密切相關(guān)的。許多遺傳疾病都與剪接繁盛異常緊密相關(guān)。據估計，導致疾病的變異中約15%會(huì )影響pre—mRNA的剪接。
2、mRNA的5’加帽和3’加尾：
多數真核生物信使核糖核酸(mRNA)及某些病毒mRNA的5′端有帽子結構，由7-甲基鳥(niǎo)嘌呤通過(guò)5′，5′-三磷酸酯鍵與初始轉錄物的第一個(gè)核苷酸殘基相連接，隨后的第一個(gè)或第二個(gè)核苷酸殘基可能形成2-O-甲基基團，如果第一個(gè)核苷酸是腺嘌呤苷酸，也可形成6-N-甲基基團。帽結構能保護mRNA的 5′端不被磷酸酶和核酸酶破壞，并能促進(jìn)翻譯的起始。mRNA的“帽子”部分為核糖體識別所必需，由此通過(guò)核糖體小亞基的滑動(dòng)以尋找mRNA的起始密碼子。因此，帽子的形成是具帽結構的mRNA翻譯能否進(jìn)行、表達能否實(shí)現的先決條件。帽子的形成能提高mRNA的穩定性。
大多數真核生物的mRNA 3’末端都有由100~200個(gè)A組成的Poly（A）尾巴。Poly(A)尾不是由DNA編碼的，而是轉錄后的前mRNA以ATP為前體，由RNA末端腺苷酸轉移酶，即Ploy(A)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在轉錄終止的3’末端，而是在轉錄產(chǎn)物的3’末端，由一個(gè)特異性酶識別切點(diǎn)上游方向13~20堿基的加尾識別信號AAUAAA以及切點(diǎn)下游的保守順序GUGUGUG，把切點(diǎn)下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果這一識別信號發(fā)生突變，則切除作用和多聚腺苷酸化作用均顯著(zhù)降低。mRNA中poyl(A)形成的位點(diǎn)（即多聚腺昔酸化信號）選擇不僅決定多聚腺昔酸化的位置和效率，還直接導致基因表達的差異和遺傳的多態(tài)性。Poyl(A)在mRNA中的位置變化，還可能通過(guò)3’-非翻譯區的變化而影響mRNA的穩定性，從而影響表達效率。多聚腺昔酸化可通過(guò)激活翻譯過(guò)程，促進(jìn)基因表達，poyl(A)與poly(A)結合蛋白形成復合物，對控制翻譯和信息穩定性起重要作用。
3、microRNA調控
MicroRNA（miRNA）是一類(lèi)內生的、長(cháng)度約20-24個(gè)核苷酸的小RNA,是發(fā)夾結構的約70-90個(gè)堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過(guò)Dicer酶加工后生成。這種方式是身體調節基因表達的一個(gè)重要策略。據推測，miRNA調節著(zhù)人類(lèi)三分之一的基因。
miRNA對靶基因的調控表現在轉錄后水平上，通過(guò)對靶基因mRNA的切割或對其翻譯抑制兩種機制來(lái)下調靶基因的表達。這兩種機制的選擇主要取決于它與靶基因mRNA序列互補的程度，如果miRNA與靶基因mRNA完全互補，miRNA將通過(guò)切割方式來(lái)調控靶基因；如果miRNA與靶基因mRNA不完全互補，miRNA將通過(guò)翻譯抑制的方式來(lái)調控靶基因；并且對靶基因翻譯的抑制可能需要多種miRNA分子的協(xié)同作用。在動(dòng)物體內，大部分miRNA不能與靶基因的mRNA完全互補，故被認為主要通過(guò)翻譯抑制的方式來(lái)調控靶基因。
在大多數情況下包括人類(lèi)，大多數動(dòng)物復合物中的成熟miRNA與靶基因mRNA 3’端非翻譯區（untranslated region，UTR）不完全互補配對，在轉錄后水平抑制靶基因的表達，抑制該基因的翻譯過(guò)程，從而抑制基因的表達。
miRNA 以4種不同的方式抑制蛋白質(zhì)表達：（1）與翻譯偶聯(lián)的蛋白質(zhì)降解；（2）翻譯延長(cháng)的抑制；（3）翻譯提前終止（核糖體脫落）；（4）翻譯起始的抑制。另外，盡管有不完全的mRNA-miRNA堿基配對，動(dòng)物miRNA能夠誘導mRNA靶基因大量降解。微RNA還可以在稱(chēng)為mRNA 加工體或P體（不存在翻譯機制）的獨立細胞質(zhì)位點(diǎn)，通過(guò)螯合mRNA 使其沉默。miRNA 是否進(jìn)行mRNA降解主要取決于miRNA 結合位點(diǎn)和RNA 環(huán)境的特定性質(zhì)，最可能的決定因素是miRNA與特定標靶結合蛋白的特殊相互作用。miRNA可以與Ago2結合，將與它們結合的靶基因 mRNA 轉移到并富集于細胞質(zhì)的某一部位，在那里mRNA被破壞，這個(gè)部位被稱(chēng)為P小體，P體的其他組分，如GW182、CAF-CCR4-NOT脫腺苷酶復合物、脫帽酶DCP2、脫帽激活因子（如 DCP-1、EDC3、Ge-1）和RNA解旋酶RCK/p54 等都參與miRNA功能。
另一方面，當miRNA與mRNA完全互補配對時(shí)，則引起目的基因mRNA在互補區的特異性斷裂，從而導致基因沉默，這種miRNA對靶基因mRNA的切割對靶基因mRNA的切割是大多數植物、病毒和部分動(dòng)物的miRNA調控靶基因的主要方式。miRNA可以指導對靶基因mRNA的多次切割而本身保持完整，這種作用方式與siRNA類(lèi)似，miRNA對基因的調控也是通過(guò)構成RISC來(lái)進(jìn)行的，RISC是其調控的物質(zhì)基礎。RISC組成的核心成分是miRNA或siRNA以及各種蛋白，其中Ago蛋白是該復合體中的核心蛋白，具有非常重要的作用。
4、lncRNA調控：
長(cháng)鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是長(cháng)度大于 200 個(gè)核苷酸的非編碼 RNA。研究表明, lncRNA 在劑量補償效應(Dosage compensationeffect)、表觀(guān)遺傳調控、細胞周期調控和細胞分化調控等眾多生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用，成為遺傳學(xué)研究熱點(diǎn)。
（1）lncRNA的生物學(xué)功能
lncRNA起初被認為是基因組轉錄的“噪音”，是RNA聚合酶II轉錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能。然而，有文獻研究表明，lncRNA參與了X染色 體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉錄激活，轉錄干擾，核內運輸等多種重要的調控過(guò)程，lncRNA的這些調控作用也開(kāi)始引起人們廣泛的關(guān)注。哺乳動(dòng)物 基因組序列中4%-9%的序列產(chǎn)生的轉錄本是lncRNA（相應的蛋白編碼RNA的比例是1%），雖然關(guān)于lncRNA的研究進(jìn)展迅猛，但是絕大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚的，隨著(zhù)研究的推進(jìn)，各類(lèi) lncRNA 的大量發(fā)現，lncRNA 的研究將是 RNA 基因組研究非常吸引人的一個(gè)方向，使人們逐漸認識到基因組存在人類(lèi)知之甚少的“暗物質(zhì)”
（2）LncRNA的調控機制
lncRNA的調控機制主要有以下幾種：
a、編碼蛋白的基因上游啟動(dòng)子區（橙色）轉錄，干擾下游基因（藍色）的表達；
b、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（藍色）的表達；
c、與編碼蛋白基因的轉錄本形成互補雙鏈（紫色），干擾mRNA的剪切，形成不同的剪切形式；
d、與編碼蛋白基因的轉錄本形成互補雙鏈（紫色），在Dicer酶的作用下產(chǎn)生內源性siRNA；
e、與特定蛋白質(zhì)結合，lncRNA轉錄本（綠色）可調節相應蛋白的活性；
f、作為結構組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白質(zhì)復合體 ；
g、結合到特定蛋白質(zhì)上，改變該蛋白質(zhì)的細胞定位；
h、作為小分子RNA（如miRNA、piRNA）的前體分子；
circRNA是一類(lèi)以共價(jià)封閉環(huán)為特征，廣泛存在于真核生物中的新型RNA分子。CircRNA來(lái)源于基因的外顯子或者內含子區域，在哺乳動(dòng)物細胞中大量存在?，F有研究表明大部分的circRNA在不同物種間是保守的。同時(shí)，由于其環(huán)狀結構能抵抗RNase R的降解而比較穩定。circRNA由于其表達的特異性和調控的復雜性，以及在疾病發(fā)生中的重要作用越來(lái)越受到大家的重視。就像miRNA和長(cháng)鏈非編碼RNA一樣，circRNA已經(jīng)成為RNA領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
（1）circRNA分子特性
a、circRNAs由于是封閉環(huán)狀結構，所以沒(méi)有5’-3’的極性，也沒(méi)有polyA尾巴。因此，比線(xiàn)性RNA穩定，不容易被RNA核酸外切酶或者RNase R降解。
b、circRNAs表達豐度差異大，在某些情況下，環(huán)狀分子是其對應線(xiàn)性mRNA表達豐度的10倍以上。
c、circRNAs大部分有外顯子組成，主要存在于細胞質(zhì)中，可能有miRNA結合的原件（MREs）。一些含有保留內含子區域的circRNA定位在真核生物的細胞核，可能調控了基因的表達。
d、circRNAs通常是組織特異性和發(fā)育不同階段特異性的。比如，has_circRNA_2149只在CD19+白細胞而不是CD34+白細胞，中性粒細胞或者HEK293中表達。??
e、 絕大部分的circRNAs是內源非編碼RNAs，只有一小部分是外源的circRNAs，如HDV，含有核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRESs）的人工circRNAs。
f、不同物種間的circRNAs大部分是進(jìn)化保守的，也有部分是進(jìn)化不保守的。
總的來(lái)說(shuō)，circRNAs的這些特性決定了他們在轉錄和轉錄后的重要作用，也暗示著(zhù)其可能作為疾病診斷的理想biomarker。
（2）circRNA的生物學(xué)功能
（1）cicrRNAs作為內源mRNA的競爭者，是miRNA的海綿吸附體；
內源競爭性RNAs(ceRNAs)包括mRNAs，假基因，lncRNA，可以競爭性結合miRNA。因此，ceRNAs的存在影響miRNAs的功能活性。最近的研究表明circRNAs可作為miRNA的海綿吸附體，也是ceRNAs分子之一。比如，ciRS-7/CDR1as 和Sry可以結合miRNAs而不被降解，可能是潛在的ceRNA分子。Li等人發(fā)現具有跨越E3泛素化蛋白連接酶（ITCH）多個(gè)外顯子區形成的cir-ITCH具有miR-7,miR-17和miR-214的吸附能力。
（2）circRNAs調控可變剪切或轉錄過(guò)程；
circMbl是由剪切因子MBL的第二個(gè)外顯子環(huán)化而來(lái)，競爭mRNA的線(xiàn)性剪切。CircMbl的側翼外顯子和自身序列包含MBL特異性結合的位點(diǎn)。MBL的表達水平受到circMbl的調控影響。研究表明，MBL通過(guò)調整circRNA形成和線(xiàn)性可變剪切之間的平衡來(lái)影響可變剪切過(guò)程。formin（Fmn）基因可以通過(guò)backsplicing形成circRNA。該circRNA包含翻譯起始位點(diǎn)作為“mRNA trap”，形成一個(gè)非編碼線(xiàn)性轉錄本而減少Fmn蛋白的表達。
（3）circRNA調控親本基因的表達；
ciRNAs的形成依賴(lài)于側翼RNA元件。側翼RNA元件可能對內含子脫支成套非常重要。研究發(fā)現一些ciRNAs定位在細胞核中，可以與PolⅡ結合通過(guò)cis 作用模式調控宿主的轉錄活性。研究發(fā)現一類(lèi)叫做EIciRNA的環(huán)狀RNA與RNA PolⅡ關(guān)系密切。比如circEIF3J 和circPAIP2，定位在細胞核，與U1小核核糖核蛋白（snRNPs）結合，通過(guò)cis-acting模式增強親本基因的轉錄。
