刘毅教授Nature解析非编码RNA

　　

生物通报道  来自德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现，机体内部的生物钟受到一类叫做长链非编码RNA的分子调控。这项研究发表在《自然》（Nature）杂志上。

机体内部的生物钟，又称作为昼夜节律钟，其调控了从清醒、睡眠、体温到饥饿等许多身体功能的日常“节律”。它们大多“调整”为24小时一周期，受到光照和温度等外部信号的影响。

生理学教授刘毅（Yi Liu）博士说：“尽管我们知道许多生物体都有丰富的长链非编码RNA，到目前为止对于它们在机体内的功能，以及作用机制却并不是很清楚（延伸阅读：Nature发现非编码RNA“护心镜”）。我们的研究工作确立了长链非编码RNAs在‘调整’生物钟中的作用，还揭示了它们控制基因表达的机制。”

确定生物钟的作用机制对于了解几种人类疾病，包括生物钟功能失常的睡眠障碍和抑郁症至关重要。功能性生物钟的影响在轮班工人机体功能下降以及长途旅行者的时差感上表现得很明显。

刘毅博士和他的研究小组通过研究与粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）相关的模型系统更深入地了解了昼夜节律。研究人员发现，生物钟基因frequency (frq)的表达受到一种叫做qrf (frq backwards)的长链非编码RNA调控。不同于通常的RNA分子，qrf不编码蛋白，但它可以控制frq是否生成以及生成量。

具体说来，qrf RNA是响应光而产生，可干扰frq蛋白质生成。通过这种光依赖性的方式，qrf“重设”了生物钟。这种调控以双向运作：frq还可以阻断qrf生成。这种相互抑制确保了frq和qrf RNA分子存在于生物钟相反的“时期”，使得每种RNA能够强劲地振荡。没有qrf，无法维持正常的昼夜节律，表明这种长链非编码RNA是生物钟功能的必要条件。

“我们预计有一种相似的作用模式可能在其他的生物体中运转，因为在小鼠中发现了针对一些生物钟基因的相似RNAs。此外，这类RNAs或许还在其他的生物过程中发挥作用，因为它们广泛地存在于基因组中，”刘毅博士说。

德克萨斯大学西南医学中心的研究人员率先揭示了生物钟潜在的一些基因网络，并证实了大多数的机体器官，例如胰腺和肝脏都有自身内部的生物钟，人体几乎每个细胞都包含有一个生物钟。现在看来，生物钟和生物钟相关基因（已鉴别出大约20个这样的基因）影响了从血糖调控到胆固醇生成几乎所有的细胞代谢信号通路。

国立卫生研究院下属国立普通医学科学研究所遗传学和发育生物学部主任Michael Sesma 博士说：“这项研究增加了重要的证据，证实生物钟跨越包括人类在内的物种普遍存在，它在细胞、器官和生物体的代谢调控中发挥作用。来自刘毅博士及其同事们的新研究结果扩展理解了一种反义RNA在微调细胞日常节律中的作用；他们提供了一个例子表明，反义转录通过这种方式有可能调控了细胞和生物体中其他一些重要的分子和生理过程。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Transcriptional interference by antisense RNA is required for circadian clock function

Eukaryotic circadian oscillators consist of negative feedback loops that generate endogenous rhythmicities1. Natural antisense RNAs are found in a wide range of eukaryotic organisms2, 3, 4, 5. Nevertheless, the physiological importance and mode of action of most antisense RNAs are not clear6, 7, 8, 9. frequency (frq) encodes a component of the Neurospora core circadian negative feedback loop, which was thought to generate sustained rhythmicity10. Transcription of qrf, the long non-coding frq antisense RNA, is induced by light, and its level oscillates in antiphase to frq sense RNA3. Here we show that qrf transcription is regulated by both light-dependent and light-independent mechanisms. Light-dependent qrf transcription represses frq expression and regulates clock resetting……