A-to-IRNA编辑：遗传信息修饰的新机制

A-to-IRNA编辑：遗传信息修饰的新机制

周帅姜敏

苏州大学电子信息学院215006

【摘要】A-to-IRNA编辑是一种基本的生命现象，并且这一生命现象普遍存在于低等动物和哺乳动物中。A-to-IRNA编辑已经被证实为一种能够产生分子多样性的转录后修饰机制，并能通过重新编码来调节基因蛋白的生物功能。A-to-IRNA编辑不仅对基因表达具有重要调控作用，还能够从根本上影响机体中病理生理发展的全过程，同时对于遗传信息的修饰具有重要意义，

【关键词】A-to-IRNA编辑；遗传信息；转录；修饰

在1991年，萨默[1]等人在一次研究中偶然从编码谷氨酸受体后的mRNA中发现了一个精氨酸，其密码子是CGG。但是通常来讲，其在基因组序列上对应的位置应当是编码谷氨酰胺密码子CAG。这种CAG密码子转变为CGG密码子的现象对于谷氨酸受体门控型通道维持的功能具有极为重要的研究价值。经过大量研究后，实验结果证明这一现象主要由于pre-mRNA进行转录处理后，相应密码子发生了A-to-I的RNA编辑，因而遗传信息发生了改变。这一调控过程改变了原有基因序列上的A碱基，并最终致使原来发挥生物作用的密码子不能够继续发挥原有的生物功能。经过许多科研人员的研究总结，得出在哺乳动物的体内，在生命活动的进行中大多数的重要功能性蛋白质都会发生A-to-IRNA编辑，从而造成基因蛋白功能、基因蛋白结构以及生物信号传导通路出现变化。

1.A-to-IRNA编辑以及A-to-IRNA编辑酶

前体转录产物RNA在特异性A-to-IRNA编辑酶的作用下，位于前体RNA特定部位的A（腺苷，adenosine）内部的腺嘌呤C6位氨基发生水解脱氨反应，进而转变成为黄嘌呤。这一过程最终会在mRNA的分子内部孕育出新的核苷，即I（肌苷，inosine）。在碱基配对时，黄嘌呤会被识别作G（鸟苷，guanosine）。这一过程不仅改变了原先的翻译密码子，还最终导致了mRNA前体中的原有剪接位点出现变化，最终翻译出的蛋白质的一级结构和蛋白功能都会受其影响并发生变化。

通常情况下，内源性的底物受到A-to-IRNA编辑作用时具有高度位点选择性[2]，并且A（腺苷，adenosine）接受编辑的条件仅针对特殊结构中的特殊位点，这是一种具有选择性和“谨慎”的编辑。遗传信息的功能一般只会发生轻微改变，在本质上并没有发生大幅变化，这对于物种的同源性和遗传性提供了保障。在遗传信息的修正复制过程中也会出现偶发性的错误，这对具有正常功能的蛋白质存在潜在的影响。病毒RNA在发生编辑时，其中腺苷会大比率的转化成肌苷，这一比率高达40%，我们一般将这种巨大的转变称之为超突变（hypermutation），同时机体的免疫功能还与这种超突变具有密切关系。

密码子在催化酶的作用下进行脱氨基反应，最终发生A-to-IRNA编辑事件，我们将这种酶称之为腺苷脱氧酶家族（ADARs，adenosinedeaminasesactingonRNA）。ADARs在非洲爪蟾的卵细胞中被首次发现，并且在后来对细菌、酵母等低等动物的研究中，发现了ADARs的身影，同时在很多哺乳动物的多种组织以及细胞系中也发现了ADARs的存在。目前已经克隆了四种哺乳类动物的ADARs[3]，分别是ADATs、ADAR1、ADAR2和ADAR3。以上四种ADARs的催化结构域近乎相同，并且发现ADAR1与ADAR2的结构域都能够结合到双链RNA（dsRNA）末端N上，两种酶在功能方面也存在相似性。这有助于在mRNA前体中识别特殊的双链结构，特别的，A转化为I这一过程能够在特定部位进行。之后在对多种组织展开的相关研究中发现，由于催化结构在底物选择中起到的关键性作用，ADAR1与ADAR2在A-to-I的RNA编辑反应中会对底物进行选择，并且部分功能还存在交叉。ADAR2的自我编辑功能使得前体mRNA会发生可变剪切。单链、双链RNA的结合区域都存在ADAR3中，但其分布区域具有局限性，仅存在于大脑中。然而，目前关于ADAR3的功能尚未明确，不过在体外实验中已经发现ADARs家族的其他成员会受到ADAR3的影响而改变原有的催化活性，这就表明RNA编辑过程能够ADARs进行调控。以上研究结果证明了ADARs不仅能够调控RNA编辑过程，还在物种生存繁衍和生物进程中发挥至关重要的作用。

2.A-to-IRNA编辑与疾病的联系

A-to-IRNA编辑机制能够进行转录并修饰，对相同基因进行编辑修饰可以生成存在绝对差异的蛋白质，并且这些蛋白质仍具有一定的关联性。在这一进化过程中，机体的生物活性以及药理学的特性能够通过个别神经递质的受体做出微调[5]。通常情况下，一旦A-to-IRNA编辑出现异常，我们往往可以判定其与疾病的发生相关。

当前已经发现数种A-to-IRNA编辑底物出现在了很多例疾病中，并且对疾病的发生发展具有关键性的作用，这进一步证明了A-to-IRNA编辑对于疾病控制的重要性。疾病与A-to-IRNA编辑之间所表现出的关联启示我们，基因治疗可通过调整RNA的编辑情况来展开，同时考虑到成熟RNA比DNA对蛋白质的最终结构、功能更具有决定性的影响，我们可把A-to-IRNA编辑事件作为潜在的标志物或药物靶标，这将使得疾病的治疗更具针对性。

总结与展望

在哺乳动物体内广泛的分布着ADARs以及A-to-IRNA编辑的底物，它们随着机体状态的变化而不断变化，在中枢以及外周围组织中存在着大量的RNA编辑，通过这些现象可见RNA编辑具有对基因表达的重要调控作用，能够从根本影响在机体中病理和生理发展的全过程。在一些外周组织疾病的考察工作中，相关人员通过观察疾病模型中RNA编辑发生变化的状况来寻找下游基因，希望在受到ADARs修饰调控作用的情况下，更有针对性的对其功能进行研究。然而，由于当前A-to-IRNA编辑的底物皆是在中枢神经系统中被偶然发现的，这导致研究人员目前仅能够在中枢神经系统领域下对A-to-IRNA编辑展开研究，因此人们对于含有丰富mRNA与发生A-to-IRNA编辑的众多外周组织环境下疾病的相关进程还并不清楚。RNA编辑已经是公认的增加蛋白质多样性的一种途径[4，6]，而A-to-IRNA编辑在人体内所占比例最高，这从侧面也反映了A-to-IRNA编辑与蛋白质多样性以及疾病的发生发展存在密不可分的关系，同样对于遗传信息的修饰也很重要。但目前A-to-IRNA编辑具体的病理机制尚未明确，仍需要我们更深入的研究。

参考文献：

[1]AthanasiadisA，RichA，MaasS.WidespreadA-to-IRNAeditingofAlu-containingmRNAsinthehumantranscriptome[J].PLoSBiol，2004，2（12）：e391.

[2]BurnsCM，ChuH，RueterSM，etal.Regulationofserotonin-2CreceptorG-proteincouplingbyRNAediting[J].Nature，1997，387（6630）：303.

[3]MaasS，KawaharaY，TamburroKM，etal.A-to-IRNAeditingandhumandisease[J].RNAbiology，2006，3（1）：1-9.

[4]王兰.RNA编辑研究进展[J].中国农学通报，2011，（05）：308-311.

[5]MuramatsuM，KinoshitaK，FagarasanS，etal.Classswitchrecombinationandhypermutationrequireactivation-inducedcytidinedeaminase（AID），apotentialRNAeditingenzyme[J].Cell，2000，102（5）：553-563.

[6]郑玉姝，赵朴，刘兴友.RNA编辑功能的研究进展[J].生命科学，2008，（03）：454-457.