Nature综述:RNA结构尚未开发的潜力

【字体: 时间:2022年11月11日 来源:Nature Reviews Genetics

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  在《自然评论遗传学》的一篇特邀评论中,来自荷兰格罗宁根大学的分子遗传学家Danny Incarnato和他的同事:来自美国加州欧文大学的Robert C. Spitale描述了开发RNA结构尚未开发潜力的方法。

  
   

Danny Incarnato, Assistant Professor of Molecular Genetics at the University of Groningen    

图片:这是格罗宁根大学分子遗传学助理教授Danny Incarnato,他和同事Robert C. Spitale在Nature review Genetics上发表了一篇关于动态RNA结构及其功能的特邀评论。    

图片来源:格罗宁根大学

人类基因组只有2万多个编码蛋白质的基因。然而,它产生的非编码RNA分子的数量至少是它的十倍,这些非编码RNA分子通常可以呈现不止一种形状。至少有些RNA结构在生理学或病理生理学中是有功能的。在受邀的评论中《自然评论》遗传学来自荷兰格罗宁根大学的分子遗传学家Danny Incarnato和他的同事Robert C. Spitale 来自美国加州欧文大学的教授描述了如何开发RNA结构尚未开发的潜力。他们的论文发表于11月8日。  

RNA作为基因组和蛋白质合成之间的中间体最为人所知:信使RNA分子在细胞核中复制基因的遗传密码,并将其运输到细胞质中,在细胞质中核糖体将密码翻译成蛋白质。然而,RNA也是几乎每一个细胞过程的关键调节者,RNA分子所采用的结构通常被认为是其功能的关键。

RNA结构

分子遗传学助理教授Danny Incarnato长期以来一直对RNA结构在细胞中的作用感兴趣,并致力于阐明活细胞中不同结构的方法。所以,当他被邀请写一篇关于RNA结构的综述时,他毫不犹豫地接受了。“我很高兴邀请到我的朋友兼同事罗伯特·斯皮塔莱,他是‘RNA革命’的先驱之一。”

近年来,人们对细胞内RNA分子的了解有了显著的增长。ENCODE项目揭示了细胞中大量的非编码RNA;在人类细胞中,是编码基因数量的十倍以上。Incarnato强调:“并不是所有的产品都有功能。”“但很多都是这样,而关于它们的种类,我们还只是触及了皮毛。”

药物研究

不同类型的非编码RNA早已为人所知,很明显,它们的结构在其中扮演着重要的角色。核糖开关就是一个例子:这种rna可以通过改变形状来应对外部环境的变化,进而影响特定的基因活性。“我们也知道RNA分子可以发挥酶的作用,”Incarnato说。“当然,核糖体是RNA结构。“因此,RNA分子可以作为传感器、催化剂、开关或支架,影响RNA的翻译,但也可以影响RNA降解和选择性剪接。”

因此,RNA在药物研究中迅速获得动力就不足为奇了。然而,我们对“结构”的认识仍然非常有限。“到目前为止,我们几乎只研究了单个结构。但RNA分子是非常动态的,具有相同序列的分子可以呈现不同的形状,”Incarnato解释道。“由于这些结构的确定方式,它们通常是单个分子所有可能构象的平均值。”

RNA病毒

Incarnato开创了揭示RNA分子结构异质性的方法。“我们可以结合高通量rna测序来探测结构的异质性。在某些情况下,不同的结构只是‘进化的副产品’,而在其他情况下,它们是功能性的。”Incarnato:“通过这种方式,RNA分子几乎可以调节细胞内的任何东西,因此,在生理学和病理生理学中都发挥作用。

尽管这一领域的发展非常迅速,但它们并没有以非常有序的方式进行。Incarnato说:“在大量基础研究的同时,还进行着应用制药研究。干扰RNA可能是对抗疾病的一种重要方式,包括由RNA病毒引起的疾病,如SARS-CoV2。然而,我们还没有关于脱靶效应的线索。对于干扰特定酶的小分子,如激酶,分析板可用来评估脱靶谱。然而,我们不知道有多少rna具有类似的形状。我们真的需要一幅清晰的RNA结构图。”

软件

另一个问题是,在许多情况下,我们不可能知道一个特定RNA分子的哪个不同结构版本负责其功能或功能障碍。“除此之外,rna还可以相互作用,并创建复杂的调节网络。因此,我们还需要更深入地了解这在细胞中是如何工作的。”

还有很多工作要做。此外,软件也很重要;需要计算机程序将rna的生化分析转化为不同的结构。Incarnato:“在我们的领域,你需要了解编码和高通量测序一样多。我们所有人都待在实验室和生物信息学里。”

文章标题

Probing the dynamic RNA structurome and its functions

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