长链非编码核糖核酸的表观遗传调控作用的生物学意义

非编码RNA在表观遗传调控中起着某种核心作用。DNA甲基化、染色质结构重塑和组蛋白化学修饰进程中都有lnc RNA和功能性蛋白质与它协同。例如，DNA甲基化涉及多种DNA甲基化酶（DNA methylferase），染色质结构重塑则有核小体重塑因子（nucleosome remodeling factor，NURF）等参与，组蛋白的各种化学修饰都需要特定的功能蛋白质，如组蛋白脱乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）、组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferase，HAT）、组蛋白甲基转移酶（histone methyltransferase，HMT）等。实际上表观遗传调控在某种程度上是决定生物体的复杂程度的分子机制，基因型和环境因素共同决定生物表型的最大协调因子就是表观遗传调控，甚至基因型相同的个体可以因环境因素的变化而通过表观遗传调控展现出不同的表型，实现与环境最大限度的协调。此外，作为生命活动的调控元件，无论从周转速度或调控效率来看非编码RNA与蛋白质是完全可以互相媲美的两种大分子。

图5-30　长链非编码RNA在表观遗传调控中的关键作用

在很长一段时间里，我们总是把基因组的大小，或者基因数目的多少作为一种生物的生物学复杂程度的指标。然而，在表5-1里，我们可能会有新的发现。表5-1列出了7种模式生物的基因组大小、基因总数，以及基因组中非编码蛋白质的DNA序列在整个基因组中所占的比例，同时将人类基因组的这几个参数也列在表内。显而易见，非编码序列在基因组整个基因组序列所占比例（ncDNA/ tgDNA）似乎比基因组大小和基因数目更加适合作为生物复杂程度的一个指标。最近十年的研究不仅表明ncDNA/tgDNA这个参数更能反映生物的复杂程度，与其说生物体之间存在的物种特异性差别起源于物种间非共享的数千个基因，还不如说更多地起源于非编码区。这也提示生物的基因组中涉及功能调控的组分随着生物的演化过程会有一个比结构组分更快、更急剧的增长，在基因功能调控网络中的作用也越来越显得重要。例如2013年美国麻省理工学院的扬（R.A.Young）实验室系统研究了人和小鼠的胚胎干细胞中RNA的来源，发现胚胎干细胞中绝大部分的lncRNA转录自编码蛋白质的基因区域，这些lncRNA与mRNA以相反的方向相向转录出lncRNA/mRNA对，在胚胎干细胞向内胚层发育的过程中两种RNA的合成互相调控高度协调，在而后的发育阶段，许多lnc RNA被细胞外胞体（exosome）降解。对胚胎干细胞中lncRNA/mRNA对，以及在胚胎发育早期一度大规模合成的lncRNA的深入研究将会有助于阐明细胞命运决定和发育分化的机制。

表5-1模式生物与人类基因组、基因数和非编码蛋白质的DNA序列在基因组中所占的比例

注：ncDNA/tgDAN为基因组中非编码序列所占比例。

在第2章最后一段，我们曾经提到：“其实蛋白质和核酸，以及不同蛋白质之间错综复杂的相互作用网络就是基因表达调控的核心所在。如果把复杂的生命活动比作一部演奏中的交响乐章，那么蛋白质和核酸之间的互相识别，也许就是指挥和演奏家之间的信息识别和交流。”现在我们是不是应该进一步充分认识RNA在生命交响乐中的关键角色了呢？更有意义的是，RNA协同蛋白质通过表观遗传调控网络对基因组功能的展现有着一定的能动作用（图5-30）。