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2.1.3轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控
轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（post-transcriptional regulation）是指在RNA轉(zhuǎn)錄后對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控，是真核生物基因表達(dá)的特點(diǎn)之一。轉(zhuǎn)錄后形成的原初轉(zhuǎn)錄物須經(jīng)過一系列的加工，才能轉(zhuǎn)變成具功能的成熟mRNA，從而作為蛋白質(zhì)翻譯的模板。在mRNA的加工成熟過程中，可通過各種不同的機(jī)制來調(diào)節(jié)控制基因表達(dá)種類和數(shù)量，可根據(jù)自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要實(shí)現(xiàn)遺傳信息的選擇性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控包括常規(guī)的RNA的可變剪接調(diào)控、mRNA的5’加帽和3’加尾調(diào)控及microRNA調(diào)控，而lncRNA調(diào)控和circRNA調(diào)控根據(jù)不同調(diào)控模式同時(shí)在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。
1、RNA的可變剪接：
大多數(shù)真核基因轉(zhuǎn)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(gòu)體，這一過程稱為可變剪接(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(dá)調(diào)控中一種比較靈活的方式。mRNA的可變剪接是轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要機(jī)制之一, 是導(dǎo)致人類基因和蛋白質(zhì)數(shù)量較大差異的重要原因。
真核細(xì)胞核內(nèi)前體mRNA加工通過5’加帽、剪接(移除內(nèi)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(fù)合體輸出核外再經(jīng)過選擇性降解參與翻譯。這些步驟并不是簡(jiǎn)單的線性順序，而是在轉(zhuǎn)錄物延伸期和轉(zhuǎn)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(rèn)為，可變剪接有5種基本形式：①內(nèi)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(yàn)研究表明，可變剪接在產(chǎn)生受體多樣性、控制調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育等方面起決定性作用。尤其表現(xiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，這與該類系統(tǒng)的功能多樣性和反應(yīng)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(jù)估計(jì)，導(dǎo)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(shù)真核生物信使核糖核酸(mRNA)及某些病毒mRNA的5′端有帽子結(jié)構(gòu)，由7-甲基鳥嘌呤通過5′，5′-三磷酸酯鍵與初始轉(zhuǎn)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(tuán)，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(tuán)。帽結(jié)構(gòu)能保護(hù)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(shí)別所必需，由此通過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(jié)構(gòu)的mRNA翻譯能否進(jìn)行、表達(dá)能否實(shí)現(xiàn)的先決條件。帽子的形成能提高mRNA的穩(wěn)定性。
大多數(shù)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(zhuǎn)錄后的前mRNA以ATP為前體，由RNA末端腺苷酸轉(zhuǎn)移酶，即Ploy(A)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在轉(zhuǎn)錄終止的3’末端，而是在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3’末端，由一個(gè)特異性酶識(shí)別切點(diǎn)上游方向13~20堿基的加尾識(shí)別信號(hào)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(shí)別信號(hào)發(fā)生突變，則切除作用和多聚腺苷酸化作用均顯著降低。mRNA中poyl(A)形成的位點(diǎn)（即多聚腺昔酸化信號(hào)）選擇不僅決定多聚腺昔酸化的位置和效率，還直接導(dǎo)致基因表達(dá)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3’-非翻譯區(qū)的變化而影響mRNA的穩(wěn)定性，從而影響表達(dá)效率。多聚腺昔酸化可通過激活翻譯過程，促進(jìn)基因表達(dá)，poyl(A)與poly(A)結(jié)合蛋白形成復(fù)合物，對(duì)控制翻譯和信息穩(wěn)定性起重要作用。
3、microRNA調(diào)控
MicroRNA（miRNA）是一類內(nèi)生的、長(zhǎng)度約20-24個(gè)核苷酸的小RNA,是發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個(gè)堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成。這種方式是身體調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一個(gè)重要策略。據(jù)推測(cè)，miRNA調(diào)節(jié)著人類三分之一的基因。
miRNA對(duì)靶基因的調(diào)控表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄后水平上，通過對(duì)靶基因mRNA的切割或?qū)ζ浞g抑制兩種機(jī)制來下調(diào)靶基因的表達(dá)。這兩種機(jī)制的選擇主要取決于它與靶基因mRNA序列互補(bǔ)的程度，如果miRNA與靶基因mRNA完全互補(bǔ)，miRNA將通過切割方式來調(diào)控靶基因；如果miRNA與靶基因mRNA不完全互補(bǔ)，miRNA將通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因；并且對(duì)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(nèi)，大部分miRNA不能與靶基因的mRNA完全互補(bǔ)，故被認(rèn)為主要通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因。
在大多數(shù)情況下包括人類，大多數(shù)動(dòng)物復(fù)合物中的成熟miRNA與靶基因mRNA 3’端非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）不完全互補(bǔ)配對(duì)，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因的表達(dá)，抑制該基因的翻譯過程，從而抑制基因的表達(dá)。
miRNA 以4種不同的方式抑制蛋白質(zhì)表達(dá)：（1）與翻譯偶聯(lián)的蛋白質(zhì)降解；（2）翻譯延長(zhǎng)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(duì)，動(dòng)物miRNA能夠誘導(dǎo)mRNA靶基因大量降解。微RNA還可以在稱為mRNA 加工體或P體（不存在翻譯機(jī)制）的獨(dú)立細(xì)胞質(zhì)位點(diǎn)，通過螯合mRNA 使其沉默。miRNA 是否進(jìn)行mRNA降解主要取決于miRNA 結(jié)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(biāo)靶結(jié)合蛋白的特殊相互作用。miRNA可以與Ago2結(jié)合，將與它們結(jié)合的靶基因 mRNA 轉(zhuǎn)移到并富集于細(xì)胞質(zhì)的某一部位，在那里mRNA被破壞，這個(gè)部位被稱為P小體，P體的其他組分，如GW182、CAF-CCR4-NOT脫腺苷酶復(fù)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(dāng)miRNA與mRNA完全互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，則引起目的基因mRNA在互補(bǔ)區(qū)的特異性斷裂，從而導(dǎo)致基因沉默，這種miRNA對(duì)靶基因mRNA的切割對(duì)靶基因mRNA的切割是大多數(shù)植物、病毒和部分動(dòng)物的miRNA調(diào)控靶基因的主要方式。miRNA可以指導(dǎo)對(duì)靶基因mRNA的多次切割而本身保持完整，這種作用方式與siRNA類似，miRNA對(duì)基因的調(diào)控也是通過構(gòu)成RISC來進(jìn)行的，RISC是其調(diào)控的物質(zhì)基礎(chǔ)。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(fù)合體中的核心蛋白，具有非常重要的作用。
4、lncRNA調(diào)控：
長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是長(zhǎng)度大于 200 個(gè)核苷酸的非編碼 RNA。研究表明, lncRNA 在劑量補(bǔ)償效應(yīng)(Dosage compensationeffect)、表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞分化調(diào)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(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，是RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能。然而，有文獻(xiàn)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(zhuǎn)錄激活，轉(zhuǎn)錄干擾，核內(nèi)運(yùn)輸?shù)榷喾N重要的調(diào)控過程，lncRNA的這些調(diào)控作用也開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(zhuǎn)錄本是lncRNA（相應(yīng)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，隨著研究的推進(jìn)，各類 lncRNA 的大量發(fā)現(xiàn)，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(rèn)識(shí)到基因組存在人類知之甚少的“暗物質(zhì)”
（2）LncRNA的調(diào)控機(jī)制
lncRNA的調(diào)控機(jī)制主要有以下幾種：
a、編碼蛋白的基因上游啟動(dòng)子區(qū)（橙色）轉(zhuǎn)錄，干擾下游基因（藍(lán)色）的表達(dá)；
b、抑制RNA聚合酶II或者介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)以及組蛋白修飾，影響下游基因（藍(lán)色）的表達(dá)；
c、與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)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(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈（紫色），在Dicer酶的作用下產(chǎn)生內(nèi)源性siRNA；
e、與特定蛋白質(zhì)結(jié)合，lncRNA轉(zhuǎn)錄本（綠色）可調(diào)節(jié)相應(yīng)蛋白的活性；
f、作為結(jié)構(gòu)組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體 ；
g、結(jié)合到特定蛋白質(zhì)上，改變?cè)摰鞍踪|(zhì)的細(xì)胞定位；
h、作為小分子RNA（如miRNA、piRNA）的前體分子；
circRNA是一類以共價(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來源于基因的外顯子或者內(nèi)含子區(qū)域，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大量存在。現(xiàn)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(jié)構(gòu)能抵抗RNase R的降解而比較穩(wěn)定。circRNA由于其表達(dá)的特異性和調(diào)控的復(fù)雜性，以及在疾病發(fā)生中的重要作用越來越受到大家的重視。就像miRNA和長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，所以沒有5’-3’的極性，也沒有polyA尾巴。因此，比線性RNA穩(wěn)定，不容易被RNA核酸外切酶或者RNase R降解。
b、circRNAs表達(dá)豐度差異大，在某些情況下，環(huán)狀分子是其對(duì)應(yīng)線性mRNA表達(dá)豐度的10倍以上。
c、circRNAs大部分有外顯子組成，主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，可能有miRNA結(jié)合的原件（MREs）。一些含有保留內(nèi)含子區(qū)域的circRNA定位在真核生物的細(xì)胞核，可能調(diào)控了基因的表達(dá)。
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(xì)胞而不是CD34+白細(xì)胞，中性粒細(xì)胞或者HEK293中表達(dá)。??
e、 絕大部分的circRNAs是內(nèi)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。
總的來說，circRNAs的這些特性決定了他們?cè)谵D(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的重要作用，也暗示著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(nèi)源mRNA的競(jìng)爭(zhēng)者，是miRNA的海綿吸附體；
內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)性RNAs(ceRNAs)包括mRNAs，假基因，lncRNA，可以競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)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(jié)合miRNAs而不被降解，可能是潛在的ceRNA分子。Li等人發(fā)現(xiàn)具有跨越E3泛素化蛋白連接酶（ITCH）多個(gè)外顯子區(qū)形成的cir-ITCH具有miR-7,miR-17和miR-214的吸附能力。
（2）circRNAs調(diào)控可變剪切或轉(zhuǎn)錄過程；
circMbl是由剪切因子MBL的第二個(gè)外顯子環(huán)化而來，競(jìng)爭(zhēng)mRNA的線性剪切。CircMbl的側(cè)翼外顯子和自身序列包含MBL特異性結(jié)合的位點(diǎn)。MBL的表達(dá)水平受到circMbl的調(diào)控影響。研究表明，MBL通過調(diào)整circRNA形成和線性可變剪切之間的平衡來影響可變剪切過程。formin（Fmn）基因可以通過backsplicing形成circRNA。該circRNA包含翻譯起始位點(diǎn)作為“mRNA trap”，形成一個(gè)非編碼線性轉(zhuǎn)錄本而減少Fmn蛋白的表達(dá)。
（3）circRNA調(diào)控親本基因的表達(dá)；
ciRNAs的形成依賴于側(cè)翼RNA元件。側(cè)翼RNA元件可能對(duì)內(nèi)含子脫支成套非常重要。研究發(fā)現(xiàn)一些ciRNAs定位在細(xì)胞核中，可以與PolⅡ結(jié)合通過cis 作用模式調(diào)控宿主的轉(zhuǎn)錄活性。研究發(fā)現(xiàn)一類叫做EIciRNA的環(huán)狀RNA與RNA PolⅡ關(guān)系密切。比如circEIF3J 和circPAIP2，定位在細(xì)胞核，與U1小核核糖核蛋白（snRNPs）結(jié)合，通過cis-acting模式增強(qiáng)親本基因的轉(zhuǎn)錄。
