非编码RNA调控表观遗传学概述
（吴江高级中学江苏苏州215200）
表观遗传学（epigenetics）是近年来兴起的一门研究生物体或细胞表观遗传变异的遗传学分支学科，它建立在孟德尔经典遗传学的基础上，主要研究在没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传性改变。表观遗传现象在生物体的生长、发育和衰老等生命过程中普遍存在，是非常重要的生命现象。其可以从DNA甲基化、组蛋白的修饰（乙酰化、去乙酰化、磷酸化等）、染色质重塑、非编码RNA等多个水平上调控基因表达。
非编码RNA（non-codingRNA，ncRNA）是一类不编码蛋白质的RNA，根据长度可分为长链非编码RNA（lncRNA）和短链非编码RNA（ncRNA），后者包括干扰小RNA（siRNA）、微RNA（miRNA）、核内小RNA（snRNA）、核仁小RNA（snoRNA）、胞质小RNA（scRNA）、与Piwi蛋白相互作用的RNA（piRNA）和XistRNA等。其中siRNA、miRNA、lncRNA和piRNA影响基因表达，在基因沉默方面发挥重要作用进而调控基因表达。
1999年Hamilton等人在植物中的后转录基因沉默（post-transcriptionalgenesilencing，PTGS）现象中发现了siRNA，并发表于《科学》。2年后，ElbashirS等人发现合成的siRNA可诱导哺乳动物体内RNAi作用。
siRNA呈双链结构，其长度通常为21nt，中间19nt形成配对双链，两端为具有磷酸化的5′端和两个不配对的核苷酸的羟基化3′端，结构图如图1所示。
图1siRNA的结构示意图
siRNA的生物合成主要包括3个步骤：被Dicer切割形成双链小片段；组装复合物（RISC）；活化RISC复合物。
1.3.1Dicer切割
Dicer是一类RNaseⅢ蛋白，当病毒基因、人工转入基因和转座子等外源性基因随机整合到宿主细胞基因组内，会在宿主细胞内转录产生于外源基因互补的dsRNA，随后dsRNA被Dicer酶切割成大小为21～23nt的双链siRNA。在siRNA二聚体中，与靶mRNA互补、指导其沉默的一条链（反义链）为“向导”链，介导mRNA的降解；另一条链（正义链）为“旅客”链，在siRNA形成有功能的复合体前被降解。
1.3.2RISC形成
siRNA的装载需要双链RNA结合蛋白R2D2的帮助，首先R2D2与引导链3′端结合，然后与Dicer、siRNA形成RISC装载复合体。R2D2招募Argonaute蛋白，开始组装RISC。
1.3.3RISC活化
Argonaute首先与Dicer发生相互作用，进行交换后，结合到siRNA双链的一端，再与R2D2交换，将整个双链小RNA都转载到Argonaute中。之后，Argonaute将乘客链降解，形成有活性的RISC。
siRNA介导的基因沉默机制分为转录前水平的基因沉默（TGS）和转录后水平的基因沉默（PTGS）两类，其中PTGS指转录后的mRNA的降解进而基因不能表达。
1.4.1TGS
TGS包括染色体异染色质化和RNA介导的DNA甲基化（RdDM）两个过程。RITS复合体吸引RDRC复合体（RNA指导的RNA聚合酶复合体，RNA-directedRNApolymerasecomplex）中的RdRP，RDRC可以扩增双链siRNA。通过与该DNA直接配对或与其转录物配对，siRNA将RITS护送到基因组相应位点上。然后，RITS直接募集Clr4，也可以募集组蛋白H3Lys9甲基转移酶。甲基化的Lys9募集Swi6，Clr4和Swi6相互作用导致染色体异染色质化。
RdDM现象是Wessenegger在2000年类病毒感染的转基因植物中发现的。在植物中接种有复制活性的类病毒后，通过转基因整合入植物基因组的类病毒cDNA拷贝发生从头甲基化，生成的类病毒RNA能够诱导植物基因组中的同源DNA序列发生甲基化。此后，在大量非致病性的转基因植物体系中都发现了RdDM现象。
1.4.2PTGS
在核酸酶以及Mg2+的协助下，siRNA将mRNA切割成长度约为21～23nt的片段，其切割的片段长度由siRNA与mRNA互补配对位置所决定。
由于siRNA具有特异性强、安全持久等特点，可以通过制备特定的siRNA导入生物体内有目的地抑制靶基因的表达，如目前发现其对肺癌和脑胶质瘤等癌细胞均有抑制作用。但是，由于其被发现运用的时间比较短，尚有许多问题有待解决，如导入率不高、稳定性较差等，故还需对其进行更深层次的研究。
1993年，VictorAmbros最早在线虫的基因中发现了miRNAlin-4的存在。lin-4是调控线虫胚胎后期发育的重要基因，经过序列对比