全 文 ：
综述与专论

生物技术通报
BIOTECHNOLOGY
BULLETIN 2011年第 5期
RNA编辑功能和 RNA干扰
代鹏 沈辉 马军武 刘光远
(中国农业科学院兰州兽医研究所 家畜疫病病原生物学国家重点实验室
农业部畜禽病毒学重点开放实验室农业部兽医公共卫生重点开放实验室,兰州 730046)


摘
要:
RNA编辑被认为是生命体一种新的基因加工与修饰现象, 是指 DNA转录成 RNA后除 RNA剪切外的其他加工
过程, 以核苷酸的删除、插入或替换等方式改变遗传信息,揭示生物进化过程中基因修饰和调控的另一个重要途径, 是对中心
法则的重要补充。而 RNA i是一种由 dsRNA介导的,在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因表达的基因调节途径。
着重介绍 RNA编辑功能、RNA编辑与 RNA干扰关系。
关键词:
RNA编辑 功能 插入 /删除 替换 RNA干扰
Functions of RNA Editing and RNA Interference
Da iPeng Shen Hu i Ma Junwu L iu Guangyuan
( StateK ey Laboratory of Veter inary E tio log ical Biology, N ational Foot
and
Mouth D isease Reference Laboratory,
Lanzhou Veter inary Research Institute, Chinese A cademy of Agriculture Science, Lanzhou 730046)


Abstrac:t
RNA editing is defined as a new phenom enon of gene process and m od ifica tion in the liv ing org an ism s, inc lud ing nuc le

o tide insertion /deletion or replaces to change gene
encoded sequence in fo rm ation at the RNA leve,l ex clud ing RNA sp lic ing. RNA ed i

ting revea ls ano ther im portant pathw ay o f gene mod ification and regu lation, and is the sign ifican t com plem ent o f Centra l Dogm a. W h ile
RNA inte rference is a g ene regu la te pa thway o f b locking gene expression, tr iggered by doub le
stranded RNA a t the leve l of transcrip

tion, po st
transcrip tion and translation. Introduced the functions o fRNA editing and the re la tionsh ip be tw een RNA ed iting and RNA in

terference.
Key words:
RNA editing Functions Insertion /de letion Replace RNA in terference
收稿日期: 2010
12
08
作者简介:代鹏,男,硕士研究生,研究方向:病毒分子生物学和免疫学; E
m ai:l rarfen@ 163. com
通讯作者:马军武,男,博士,研究员,研究方向:动物病毒病分子免疫学和分子诊断技术; E
m ai:l m ajunw u88@ tom. com
生命体 RNA转录后需要进行修饰、异构、附加、
剪接和编辑等一系列加工才能成为具有正常生物学
功能的成熟 RNA, 其中 RNA编辑被认为是生物体
一种新的基因加工与修饰现象, 是指 DNA转录成
RNA后除 RNA剪切外的其他加工过程, 以核苷酸
的删除、插入或替换等方式改变了遗传信息,揭示了
生物进化过程中基因修饰和调控的另一个重要途
径, 是对中心法则的重要补充 [ 1]。 RNA 干扰
( RNA i)是由双链 RNA ( dsRNA )参与指导的, 以外
源和内源 mRNA为降解目标的转基因沉默现象,具
有核苷酸序列特异性的自我防御机制, 是一种当外
源基因导入或病毒入侵后, 细胞中与转基因或入侵
病毒 RNA同源的基因发生共同基因沉默的现象 [ 2 ]。
RNA编辑 ( RNA e)现象最早是 1986年由 Benne等
在原生动物布鲁斯锥虫线粒体中发现的 [ 3]。 20世
纪 90年代初期, Sommer等 [ 4 ]首次发现谷氨酸受体
的 mRNA前体经历了一种新的转录后修饰,由此提
出
RNA编辑
的概念。RNA编辑主要类型有多个
U的插入或删除 [ 5]、碱基修改 /替换 [ 4, 6 - 12] (主要包
括 C
U和 A
I脱氨基作用的 RNA编辑 )和共转
录的 RNA编辑 [ 13]等。至今, RNA编辑广泛存在于
低等生物到哺乳类动物的生物进化过程中 [ 14 ]。
1
RNA的编辑功能
RNA编辑通过在转录后水平上插入 /删除或替
换若干核苷酸,从而抵消移码突变造成的基因失活。
经过编辑的 mRNA, 其编码区所发生的碱基类别及
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 5期
数量的变化改变了初始基因的编码特性, 从而转译
生成不同于 DNA模板编码的氨基酸序列, 也就合成
了不同于基因编码序列的蛋白质, 使单个基因表达
多种功能蛋白成为可能 [ 15, 16]。RNA编辑的结果导
致最终蛋白序列、结构和功能的改变,具有重要的生
物学意义。RNA编辑通过改变 RNA核苷酸序列,
不仅能够直接影响所编码蛋白的氨基酸序列发挥生
物学功能,还可通过影响 RNA的二级结构和三级结
构而发挥作用 [ 8]。
1
1
mRNA的编辑功能
mRNA一级结构中核苷酸序列的改变能产生新
的密码子,使其所编码的蛋白质发生变化,增加了蛋
白质的多态性。通常 RNA编辑所产生的密码子编
码那些高度保守的或是发挥功能所必须的氨基酸。
mRNA编辑主要是通过以下几种情况来改变其所编
码的蛋白质 (图 1)。
图 1
mRNA编辑功能
1
1
1
通过编辑产生或删除起始密码子和终止密
码子 通过产生或删除起始密码子和终止密码子,
使 mRNA在进行转译过程中遗传信息发生变化。
锥虫、植物细胞器以及人体内均发现尿嘧啶的插入
及 C
U, 可以产生新的起始密码子和终止密码
子 [ 8]。在植物金鱼藻中, C
U很容易使终止子丧
失功能 [ 17]。
1
1
2 插入或删除编辑使 mRNA的读码框移动,
形成新的开放阅读框 mRNA编码序列区插入或删
除单个核苷酸后,能使其读码框移动从而形成新的
开放阅读框,这一变化使编码蛋白发生很明显的变
化。例如, 在副黏病毒的 P基因 mRNA中, 同一个
编辑位点可以插入数目不等的核苷酸, 相应生成 3
种读码框 [ 13]。这种不同读码框的相互转变能够编
码不同的蛋白而发挥不同的生物学功能。
1
1
3 通过编辑调节 mRNA的剪切 RNA编辑
可能是前体 mRNA有效剪接的先决条件, 通过编辑
可以改变前体 mRNA中的剪切位点, 从而改变编码
序列以发挥其功能。在植物内含子中 A
I的转变
能导致剪切位点的改变, 哺乳动物编辑酶 ADAR2
经过自体编辑产生了可变剪接位点, 使受体亚基具
有了潜在的自主反馈机制 [ 18 ]。
1
2
tRNA的编辑功能
tRNA的编辑分别在一级结构、二级结构以及三
级结构水平产生形成其结构所必须的元件, 包括形
成二级结构中的茎环。这些都可以通过核苷酸的缺
失、插入或替换实现。一些在反密码子环的编辑还
可以通过改变氨酰 tRNA合酶的识别影响 tRNA的
一致性,而有一些编辑会影响 tRNA 5
端或 3
端的
加工成熟及随后的碱基修饰 [ 19 ]。例如多头绒泡菌
线粒体基因组编码 5种 tRNA,其中 4种受核苷酸插
入的编辑 (图 2)。在 tRNA的 met1和 met2的 5
端
均发现非编码的 G的插入, 这种编辑对 tRNA的成
熟是必须的, 而且这种 tRNA 5
端的加工修复现象
在其他生物线粒体中可能普遍存在 [ 20]。此外, tR

NA的编辑区域中 CCA结构的掺入严格地受 tRNA
依赖性转录前编辑的影响 [ 21]。
1
3
rRNA的编辑功能
已发现的 rRNA的编辑现象要比 mRNA和 tR

NA中的少, 但是 rRNA一旦发生编辑,将产生重要
影响, 编辑通常发生在保守结构和重要功能位
点 [ 8, 22] (图 3)。盘基网柄菌线粒体 rRNA小亚基内
发现 C
U单个核苷酸的转变位于高度保守的 530
位环,此编辑在 tRNA的选择与校对过程中发挥着
22
2011年第 5期 代鹏等 : RNA编辑功能和 RNA干扰
重要的作用 [ 8]。在绒泡菌线粒体 rRNA的大亚基和
小亚基中均存在核苷酸的插入,这些插入的核苷酸
参与形成保守的螺旋结构或重要的功能位点, 如
530位环和 AA二核苷酸, AA能参与大肠杆菌 tRNA
和核糖体 A位点的结合。不论何种情况, 由编辑所
引起的变化都可能对翻译的精确性产生重要影响。
在植物线粒体的 26S rRNA中同样发现了这两个核
苷酸的变化,但是这种变化仅发生于单个 cDNA的
克隆, 其影响尚不清楚。
图 2
tRNA的编辑功能
图 3
rRNA的编辑功能
1
4
RNA编辑与中心法则
过去的多年中,随着分子生物学向纵深发展,人
们对中心法则的修改和补充一直持续不断, 最近一
次挑战来自 RNA编辑现象的发现。mRNA的序列
与其 DNA模板的序列是严格一一对应的, 这种共线
性是中心法则的基本概念。RNA编辑使得基因转
录产物所包含的信息可以在转录中或转录后被改
变,在转录后的 mRNA中, 其编辑区出现碱基插入 /
删除或转换等变化, 改变了初始产物的编码特性而
使转录产物的核苷酸序列不能忠实地反应模板
DNA的一级结构。转录后的 RNA编辑改变了特定
转录本的编码能力,并产生多态性的基因表达产物。
RNA编辑使人们认识到 mRNA中的序列不都是从
DNA直接转录而来的, 这也使得通过线粒体 DNA
序列直接预测氨基酸序列成为历史 [ 23]。同时, RNA
编辑说明很重要的一点:蛋白质可以传递遗传信息,
在 RNA编辑过程中就有核糖核酸酶来传递遗传信
息给核糖核酸。
2
RNA编辑和 RNA干扰
真核细胞基因表达的调控是多级调控系统, 主
要发生在 3个彼此相对独立的水平上:一是转录水
平的调控; 二是加工水平的调控, 决定初始 mRNA
被加工为能转译成多肽的信使 RNA ( mRNA )的途
径; 三是转译水平的调控。
RNA加工的最新进展, 尤其是 RNA i技术和
RNA e技术的最新进展, 对分子生物学时代具有重
要的影响 [ 24, 25 ]。其中 RNA i是在研究反义 RNA技
术中首先被发现的,与反义 RNA作用既有联系又有
一定的差别。反义 RNA是利用完全互补的 RNA与
同源性 mRNA /DNA杂交,封闭 mRNA /DNA,以阻断
基因的表达。RNA i是指双链 RNA引发的 RNA沉
默的多步骤过程。对 RNA i的认识已扩展到小分子
RNA干扰 ( siRNA )和微小 RNA ( m iRNA )。 siRNA
是由短双链 RNA通过 RNA切割而转录加工形成
的, 也就是通过 RNA聚合酶
、核酸核糖内切酶
( D rosha)和切丁酶 ( D icer)的作用。这一过程往往
是外源性刺激 (如 RNA病毒感染, 应力因素 )诱
导的。
微小 RNA (m iRNA )是长约 22个核苷酸的内源
性转录 RNA,被认为是至关重要的转录后基因表达
调控因子,并且在细胞的增殖、分化、凋亡、细胞命运
决定、免疫调节等许多过程中起重要的作用 [ 26]。
m iRNA是被加工成短小 pre
m iRNA的发夹结构后
进一步裂解产生成熟的 m iRNA。m iRNA通过结合
到靶 mRNA的非转译区进行调节蛋白表达,从而导
致 mRNA不稳定、降解或抑制蛋白质的转译。靶
mRNA的特异性主要取决于 m iRNA 5

末端的 2- 8
位核苷酸, 即
种子序列
。双链 RNA加工 ( siRNA
和 m iRNA )由多种蛋白质介导,其中包括双链 RNA
23
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 5期
结合蛋白 [ 27]。双链 RNA结合蛋白与双链 RNA结
合并激活 D icer,促进 RNA裂解和形成 RNA诱导的
沉默复合物 ( RISC )。RNA聚合酶
、细胞质中的
D icer和细胞核中的 Drosha切割双链 RNA, 催化
RNA i的第一步, 诱发形成 RNA诱导的沉默复合物,
促进寻标酶 ( A rgonaute, Ago )降解靶 RNA。小 RNA
如 siRNAs、m iRNA或 p iRNA s通过 Ago被约束在一
起,并结合到靶 mRNA, Ago
siRNA和 Ago
m iRNA复
合体诱导 RNA降解或抑制 mRNA转译。RNA编辑
通过 A
I或 C
U脱氨基方式改变 RNA的转录。
这可能导致编码蛋白质的 RNA序列改变而引起蛋
白质产生变化,但 RNA编辑也能调节转录,如 m iR

NA,影响 m iRNA目标特异性。
第二个 RNA加工的监管系统是 RNA e。RNA e
是由 RNA编辑酶 (如 ADAR和 APOBEC )在 RNA
(mRNA和 m iRNA )的转录水平上介导的脱氨基作
用 ( A
I和 C
U )。编辑产生的序列, 如果被转译
可导致蛋白多样化,或者在 m iRNA的作用下改变转
录沉默目标或易感性。 pre
m iRNA经过 A
IRNA
编辑, 可调节成熟 m iRNA 的加工和表达 [ 28]。从
RNA i和 RNA e相互作用的复杂性,可以看出这两个
途径是具有相同底物 dsRNA的竞争关系 [ 29 ] (图 4)。
此外, 至少有一种哺乳动物的 ADAR可以从 RNA i
通路使 siRNA s沉默。RNAe可能抵消内源性基因
和转基因的 RNA i沉默。因此, RNA i和 RNAe互补
和互作组成一个功能强大的 RNA监管系统,关于其
影响力有待全面研究 [ 30 ]。
a. RNA干扰 ( RNA i)途径; b. RNA编辑 ( RNAe)途径
图 4
RNA调控途径
3 展望
RNA编辑的发现使人们对生物在长期进化过
程中形成的遗传信息表达机制以及基因表达多级调
控的复杂性有了进一步的认识。RNA编辑是产生
转录组多样性的重要机制之一, RNA编辑是如何调
节的,在很大程度上人们还不了解 [ 31 ]。目前, 研究
者对 RNA编辑现象的兴趣愈发浓厚,随着通过体外
研究的深入, RNA编辑过程已经越来越清晰地展现
在研究者眼前。在编辑机制的研究方面有很大进
步,但对于体内 RNA编辑过程中涉及的许多酶促反
应, 参与编辑的复合物的确切功能和编辑如何影响
生物体等却了解很少; RNA编辑现象的发现引起中
心法则内涵的扩展,使人们逐渐认识到基因表达调
控的一个新的未知水平, 以及此现象在正常生理过
程中的作用 [ 23] ; RNA编辑提示研究者应从更大范
围考虑遗传信息的传递, 说明中心法则具有延续开
放性。此外, RNA编辑和 RNA干扰相互协调,共同
调节 RNA转录本,二者组成 RNA监管体系, 调节机
体适应环境, 并维持自我体内平衡线 [ 24]。相信
RNA编辑和 RNA干扰的研究具有更广阔的应用
前景。
参 考 文 献
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(责任编辑 狄艳红 )
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