研究揭示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了解基因在生物体内如何被控制方面取得了重大进展。 这项新研究发表在《核酸研究》杂志上 ，重点研究了微小透明的线虫秀丽隐杆线虫(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'UTR(非翻译区)是参与基因调控的 RNA 片段。

这张新图谱对于研究 DNA 基因转录成 RNA 后如何开启和关闭的科学家来说是一个宝贵的工具。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 中有助于处理和调节 RNA 分子的关键区域。

通过研究这种模型生物的遗传物质，研究人员可以更深入地了解基因行为的奥秘，阐明人类健康和疾病所必需的基本生物学过程。

“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体内基因的形成有了完整的认识，” 新研究的通讯作者Marco Mangone说道。“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内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 是生物设计 Virginia G. Piper 个性化诊断中心的研究员 ，也是亚利桑那州立大学生命科学学院 的教授 。

基因只是故事的一半

基因是 DNA 的片段，其中包含着地球上惊人多样性的蓝图。然而，这种多样性的秘密部分不在于基因本身，而在于它们的效果是如何被精细地微调的。基因提供了制造蛋白质的指令，而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侵害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。在此过程中，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。虽然我们的 DNA 基因组从出生起就固定下来了，但 RNA 通过调节基因的表达方式为身体提供了极大的灵活性。

一旦遗传指令从 DNA 转录成信使 RNA(mRNA)，mRNA 的特殊片段——3'UTR——就能调节蛋白质的产生方式。

3'UTR 是位于信使 RNA 分子末端的 RNA 片段。它们通过控制 mRNA 的稳定性和效率来帮助控制蛋白质的生成方式和时间。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成，这对于适应各种生理需求至关重要。

重新考虑 3'UTR

最初，非编码 RNA(如 3'UTR)被视为非必需遗传片段，因为它们本身不编码蛋白质。然而，最近的研究表明，它们对于改变基因行为以及影响 mRNA 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 是复杂且高度适应性的蛋白质生产制衡系统的重要组成部分。此外，这些 RNA 调控元件通常包含负责蛋白质调控的其他元件的结合位点，包括 microRNA 和 RNA 结合蛋白。

尽管它们非常重要，但科学家此前对它们知之甚少。这项新研究填补了这一空白，绘制了秀丽隐杆线虫中几乎所有基因的 3'UTR，为任何动物提供了同类中最完整的图谱。

了解基因功能和疾病的窗口

秀丽隐杆线虫是一种小型透明的线虫，是生物学研究中研究最广泛的模式生物之一。它的意义在于其简单、生命周期短和遗传结构清晰。

这种生物与人类有许多共同的生物途径，因此对于研究基因功能、发育和疾病过程具有重要意义。其透明的身体使研究人员能够实时观察细胞过程，其遗传组成使基因的精确操控成为可能。

这些特性使秀丽隐杆线虫成为揭示跨物种(包括人类)保存的生物学基本机制的有力工具。

研究发现，秀丽隐杆线虫中不同 3'UTR 之间的切换过程比之前认为的要少。这挑战了之前的观念，并凸显了基因调控的复杂性。利用新数据，科学家更新了 microRNA 如何与基因相互作用的预测。

这项新研究得出的结论对人类健康具有深远影响。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'UTR 及其调控元件的详细图谱，该研究提供了新的见解，可能有助于开发更好的治疗方法和疗法。

这项研究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重要资源。亚利桑那州立大学团队计划继续他们的研究，进一步探索这些调控元件如何发挥作用，以及它们对基因控制的关键影响。

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