科学、细胞两篇文章：新型小RNA

　　

生物通报道：小RNA，无论的RNAi还是microRNA，相关研究都是目前生命科学领域关注的宠儿，在近期出版的《Science》（12月7日在线版）和《Cell》杂志（12月15日）上有两篇小RNA研究内容颇为引人注目，一篇提出次级siRNAs（secondary siRNAs，又称传递RNAi）是一种特殊的小RNAs群体，另一篇则发现了第三种线虫类（nematode）小RNA：21U-RNAs。

原文摘要：
Published Online December 7, 2006
Science DOI: 10.1126/science.1136699
Secondary siRNAs Result from Unprimed RNA Synthesis and Form a Distinct Class  [Abstract]

Volume 127, Issue 6 , 15 December 2006, Pages 1193-1207 
Large-Scale Sequencing Reveals 21U-RNAs and Additional MicroRNAs and Endogenous siRNAs in C. elegans 
[Abstract]

在第一篇文章中，来自荷兰皇家科学院（Hubrecht Laboratory，NIOB-KNAW）的研究人员从可以表达一个单22核苷酸的初级siRNA（primary siRNA）的转基因线虫细胞系中克隆了二级siRNAs——在RNA干扰过程中，Dicer酶将dsRNA切成短的初级siRNAs，之后这些短RNAs可作为靶标mRNA的引物，由病毒性RNA指导的RNA聚合酶（RNA-directed RNA polymerases，RdRps）产生次级siRNAs（靶序列直接扩增），并且这样启动一个RNA诱导的RNA聚合反应，这种放大效果使得最初少量dsRNA引起大量靶标RNA沉默。

研究人员发现几个次级siRNAs序列开始于一些初级siRNA下游核苷，这说明非RISC（RNA诱导的沉默复合体，RNA-induced silencing complex）剪切mRNAs是次级siRNA的底物。在表达错配单核苷酸初级siRNAs的细胞系中，次级siRNAs并不复制这种错配，但是包含mRNA互补核苷，研究人员认为RdRPs完成了未完成的RNA合成，而次级siRNAs是唯一携带5'双磷酸盐和三磷酸盐，具有反应链极性（antisense polarity）的siRNAs，也是唯一与RDE-1（RNAi特异性argonaute蛋白）相关联的siRNAs。因此研究人员推断次级siRNAs是一种不同类型的小RNAs，其产生依赖于RdRPs，而且每一个次级siRNA是一个单独RdRP的产物。

第二篇文章（生物通：子元）则是由Whitehead 生物医学研究所，霍德华休斯医学院等处的研究人员共同完成，他们利用高通量测序技术对已知的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）约40万小RNA进行了全面测序，鉴别出了18个microRNA (miRNA)——使在线虫中检测到的miRNA数量上升到112个外，还发现了上千种内源性siRNA，这些siRNA由RNA指导的RNA聚合酶（RNA-directed RNA polymerases）作用于与精子发生和转位子有关的转录本（transcripts）产生。

同时这一研究也发现了第三种线虫类（nematode）小RNA——21U-RNAs。21U-RNAs被精确限定于21个核苷长度，有共同的uridine 5′-monophosphate起始端，其它20个核苷酸不同，3′核糖被修饰。21U-RNAs起源于第4号染色体上两个broad regions中的5700多个基因座——主要位于蛋白编码基因之间或者是内含子中。这些基因座有相同的上游基序（motif），有助于精确寻找21U-RNAs。这些基因在线虫类进化过程中比较保守，这可能是因为它们在产生差异、自我表达的小RNA（diverse, autonomously expressed, small RNAs ，dsRNAs）过程中有重要作用。


麻省理工Phillip Sharp教授认为这项研究的重大意义勿庸置疑，“过去的30年中我们没有对非编码RNA给予足够重视，这是原则性错误，RNA干扰和microRNAs告诉我们20个核苷左右的小RNA，包含了足够多的信息，有助于特异的基因调控。”
Bartel实验室前博士后Scott Baskerville说“这次发现进一步证实我们还没有完全弄清RNA的功能，利用相同的测略（深度测序）在其它物种中寻找新型小RNA将是一件很有意思的事情。”

Bartel实验室前博士后Scott Baskerville说“这次发现进一步证实我们还没有完全弄清RNA的功能，利用相同的测略（深度测序）在其它物种中寻找新型小RNA将是一件很有意思的事情。”

多年来，Bartel小组致力于对线虫的RNA进行系统性普查。2001年，他们利用传统的Sanger测序法对330个小RNA进行测序，鉴别出55个microRNAs；2003年，利用深度测序法（deeper sequencing effort）进行后续实验，阅读4000小RNA，又获得了40个microRNAs；最近一次是采用454公司大规模焦磷酸测序系统（massively parallel pyrosequencing system）对400，000个小RNA（包括18个新的microRNAs）测序。

“我们知道一定存在未经测序的microRNAs，但不知道有多少，”Bartel说。他发现的一个被遗漏的microRNAs是lsy-6，只是被分离出来，但没经过测序。尽管lsy-6只是表达在线虫的少数几个细胞种，但表达量是那些在所有细胞都表达的microRNA的十万倍。

利用上游基序为指导，Bartel推测线虫基因组中大约有12，000个21U-RNA基因座。“如果把这些基因座作为基因，那么线虫中的基因数量会翻倍。”奇怪的是，尽管这些基因的基因座在C. elegans和C. briggsae是保守的，但是它们的转录体序列并不保守。“好像是进化过程加大了这些小RNA之间的差异，而不是加大了它们的保守性。”

一个公开的问题是21U-RNAs的功能，尽管它们在C. elegans 和C. briggsae之间序列并不保守，但是Bartel推测它们仍保留了通过影响组蛋白的分布，控制局部染色体结构和基因表达。其它问题还包括：用于21U-RNAs合成的聚合酶是哪种？合成的机制是怎样的？Bartel透露其目前正在和2006年诺贝尔奖获得者、马萨诸塞州立大学医学中心 Craig Mello 合作，验证RNAi造成的突变线虫中， 21U-RNA产物是否有缺陷。

（生物通：张迪）