基因组“暗物质”挑战遗传学中心法则?陈玲玲:拓展认知和理解
1953年,DNA双螺旋模型的提出标志着近代分子生物学的诞生。1957年,弗朗西斯·克里克进一步提出了经典的遗传学中心法则,开启了分子生物学时代。
经过几十年的研究,科学家对于非编码RNA的认知极大丰富了人类对中心法则的理解。从广义上讲,非编码RNA在真核生物转录组中占据了非常大的部分,包括小RNA、长非编码RNA、环形RNA以及高度重复序列的RNA等多种类别。更重要的是,尽管非编码RNA不具备编码蛋白质的能力,但可以直接调控生物性状。
我和非编码RNA的渊源可以追溯到我在博士阶段接触的第一个课题。当时,我就对非编码RNA的研究产生了浓厚兴趣。回国建立自己的实验室后,我提出了一个猜想:并非所有长非编码RNA都具有当时科学界所认为的、类似信使RNA的结构,可能存在一些新型长非编码RNA家族有待发现。
基于这个猜想,我们实验室创建了针对无多聚腺苷酸尾RNA的研究新体系,为发现新型长非编码RNA分子奠定了基础。通过对人类细胞中无多聚腺苷酸尾转录本的深入分析,我们相继发现了来源于内含子的带有小核仁RNA的长非编码RNA家族、多基因连续转录加工产生的SPA长非编码RNA家族,以及环形长非编码RNA(简称环形RNA),并证明这些RNA分子具有全新的生成途径和重要的生物学功能。
近些年来,一系列新兴的研究工具和技术极大推动了非编码RNA领域的研究,包括三代RNA测序、化学探针、超高分辨率显微成像,以及基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术等。这些技术有利于我们更快地发现细胞、组织以及物种特异性的RNA异构体,也使我们能从分子二级结构、精准亚细胞定位等多个角度去深入解析长非编码RNA的作用模式及时空表达图谱。
回望长非编码RNA的研究历程,特别是那些奠基性的研究成果,长非编码RNA展现出多样化的作用模式——从染色质状态调控到蛋白质翻译后修饰,长非编码RNA广泛地参与了中心法则的全部过程。因此,非编码RNA的多样性功能拓展了人们对中心法则的认知,而并非传统观点中认为是对中心法则提出挑战。
目前,非编码RNA研究领域还存在很多问题亟待新技术去解决。例如,在超高时空分辨率尺度下探究RNA与蛋白质间的动态相互作用,发展化学标记和智能计算等方法协作研究RNA的折叠与结构等。
对非编码RNA的探索永无止境。比如,长非编码RNA中的逆转录元件是如何被表达、分布并发挥功能的?如何实现对长非编码RNA的整个生命活动的完全注释?如何多维度阐释长非编码RNA的生理功能及作用机制?为此,我们将不断努力探索,解开其中的奥妙。
(作者为中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员)
作者:陈玲玲
编辑:许琦敏
题图:新华社
责任编辑:任荃
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