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2.1.3转录后水平调控
转录后调控（post-transcriptional regulation）是指在RNA转录后对基因表达的调控，是真核生物基因表达的特点之一。转录后形成的原初转录物须经过一系列的加工，才能转变成具功能的成熟mRNA，从而作为蛋白质翻译的模板。在mRNA的加工成熟过程中，可通过各种不同的机制来调节控制基因表达种类和数量，可根据自身生长发育的需要实现遗传信息的选择性表达。转录后调控包括常规的RNA的可变剪接调控、mRNA的5’加帽和3’加尾调控及microRNA调控，而lncRNA调控和circRNA调控根据不同调控模式同时在转录水平和转录后水平调控基因的表达。
1、RNA的可变剪接：
大多数真核基因转录产生的mRNA前体是按一种方式剪接产生出一种成熟mRNA分子，因而只翻译成一种蛋白质。但有些基因的一个mRNA前体通过不同的剪接方式(选择不同的剪接位点)产生不同的mRNA剪接异构体，这一过程称为可变剪接(或选择性剪接, alternative splicing)。由于RNA的可变剪接不牵涉到遗传信息的永久性改变．所以是真核基因表达调控中一种比较灵活的方式。mRNA的可变剪接是转录后水平调节基因表达的重要机制之一, 是导致人类基因和蛋白质数量较大差异的重要原因。
真核细胞核内前体mRNA加工通过5’加帽、剪接(移除内含子)、3’末端切割加尾．从而形成成熟的mRNA．成熟的mRNA和hnRNP及其他蛋白质形成复合体输出核外再经过选择性降解参与翻译。这些步骤并不是简单的线性顺序，而是在转录物延伸期和转录同时发生的。从而形成一个大型的“生产链”。一般认为，可变剪接有5种基本形式：①内含子保留；②可变的5’端；③可变的3’端；④外显子盒；⑤互斥外显子(一组外显子中只选其一)。也有分为7种形式的，加上可变的起始或末端外显子，而这两种形式更有可能是可变启动子、可变polyA位点造成的。已有实验研究表明，可变剪接在产生受体多样性、控制调节生长发育等方面起决定性作用。尤其表现在神经系统和免疫系统，这与该类系统的功能多样性和反应敏感性是密切相关的。许多遗传疾病都与剪接繁盛异常紧密相关。据估计，导致疾病的变异中约15%会影响pre—mRNA的剪接。
2、mRNA的5’加帽和3’加尾：
多数真核生物信使核糖核酸(mRNA)及某些病毒mRNA的5′端有帽子结构，由7-甲基鸟嘌呤通过5′，5′-三磷酸酯键与初始转录物的第一个核苷酸残基相连接，随后的第一个或第二个核苷酸残基可能形成2-O-甲基基团，如果第一个核苷酸是腺嘌呤苷酸，也可形成6-N-甲基基团。帽结构能保护mRNA的 5′端不被磷酸酶和核酸酶破坏，并能促进翻译的起始。mRNA的“帽子”部分为核糖体识别所必需，由此通过核糖体小亚基的滑动以寻找mRNA的起始密码子。因此，帽子的形成是具帽结构的mRNA翻译能否进行、表达能否实现的先决条件。帽子的形成能提高mRNA的稳定性。
大多数真核生物的mRNA 3’末端都有由100~200个A组成的Poly（A）尾巴。Poly(A)尾不是由DNA编码的，而是转录后的前mRNA以ATP为前体，由RNA末端腺苷酸转移酶，即Ploy(A)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在转录终止的3’末端，而是在转录产物的3’末端，由一个特异性酶识别切点上游方向13~20碱基的加尾识别信号AAUAAA以及切点下游的保守顺序GUGUGUG，把切点下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和多聚腺苷酸化作用均显著降低。mRNA中poyl(A)形成的位点（即多聚腺昔酸化信号）选择不仅决定多聚腺昔酸化的位置和效率，还直接导致基因表达的差异和遗传的多态性。Poyl(A)在mRNA中的位置变化，还可能通过3’-非翻译区的变化而影响mRNA的稳定性，从而影响表达效率。多聚腺昔酸化可通过激活翻译过程，促进基因表达，poyl(A)与poly(A)结合蛋白形成复合物，对控制翻译和信息稳定性起重要作用。
3、microRNA调控
MicroRNA（miRNA）是一类内生的、长度约20-24个核苷酸的小RNA,是发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。这种方式是身体调节基因表达的一个重要策略。据推测，miRNA调节着人类三分之一的基因。
miRNA对靶基因的调控表现在转录后水平上，通过对靶基因mRNA的切割或对其翻译抑制两种机制来下调靶基因的表达。这两种机制的选择主要取决于它与靶基因mRNA序列互补的程度，如果miRNA与靶基因mRNA完全互补，miRNA将通过切割方式来调控靶基因；如果miRNA与靶基因mRNA不完全互补，miRNA将通过翻译抑制的方式来调控靶基因；并且对靶基因翻译的抑制可能需要多种miRNA分子的协同作用。在动物体内，大部分miRNA不能与靶基因的mRNA完全互补，故被认为主要通过翻译抑制的方式来调控靶基因。
在大多数情况下包括人类，大多数动物复合物中的成熟miRNA与靶基因mRNA 3’端非翻译区（untranslated region，UTR）不完全互补配对，在转录后水平抑制靶基因的表达，抑制该基因的翻译过程，从而抑制基因的表达。
miRNA 以4种不同的方式抑制蛋白质表达：（1）与翻译偶联的蛋白质降解；（2）翻译延长的抑制；（3）翻译提前终止（核糖体脱落）；（4）翻译起始的抑制。另外，尽管有不完全的mRNA-miRNA碱基配对，动物miRNA能够诱导mRNA靶基因大量降解。微RNA还可以在称为mRNA 加工体或P体（不存在翻译机制）的独立细胞质位点，通过螯合mRNA 使其沉默。miRNA 是否进行mRNA降解主要取决于miRNA 结合位点和RNA 环境的特定性质，最可能的决定因素是miRNA与特定标靶结合蛋白的特殊相互作用。miRNA可以与Ago2结合，将与它们结合的靶基因 mRNA 转移到并富集于细胞质的某一部位，在那里mRNA被破坏，这个部位被称为P小体，P体的其他组分，如GW182、CAF-CCR4-NOT脱腺苷酶复合物、脱帽酶DCP2、脱帽激活因子（如 DCP-1、EDC3、Ge-1）和RNA解旋酶RCK/p54 等都参与miRNA功能。
另一方面，当miRNA与mRNA完全互补配对时，则引起目的基因mRNA在互补区的特异性断裂，从而导致基因沉默，这种miRNA对靶基因mRNA的切割对靶基因mRNA的切割是大多数植物、病毒和部分动物的miRNA调控靶基因的主要方式。miRNA可以指导对靶基因mRNA的多次切割而本身保持完整，这种作用方式与siRNA类似，miRNA对基因的调控也是通过构成RISC来进行的，RISC是其调控的物质基础。RISC组成的核心成分是miRNA或siRNA以及各种蛋白，其中Ago蛋白是该复合体中的核心蛋白，具有非常重要的作用。
4、lncRNA调控：
长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是长度大于 200 个核苷酸的非编码 RNA。研究表明, lncRNA 在剂量补偿效应(Dosage compensationeffect)、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用，成为遗传学研究热点。
（1）lncRNA的生物学功能
lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能。然而，有文献研究表明，lncRNA参与了X染色 体沉默，基因组印记以及染色质修饰，转录激活，转录干扰，核内运输等多种重要的调控过程，lncRNA的这些调控作用也开始引起人们广泛的关注。哺乳动物 基因组序列中4%-9%的序列产生的转录本是lncRNA（相应的蛋白编码RNA的比例是1%），虽然关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚的，随着研究的推进，各类 lncRNA 的大量发现，lncRNA 的研究将是 RNA 基因组研究非常吸引人的一个方向，使人们逐渐认识到基因组存在人类知之甚少的“暗物质”
（2）LncRNA的调控机制
lncRNA的调控机制主要有以下几种：
a、编码蛋白的基因上游启动子区（橙色）转录，干扰下游基因（蓝色）的表达；
b、抑制RNA聚合酶II或者介导染色质重构以及组蛋白修饰，影响下游基因（蓝色）的表达；
c、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链（紫色），干扰mRNA的剪切，形成不同的剪切形式；
d、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链（紫色），在Dicer酶的作用下产生内源性siRNA；
e、与特定蛋白质结合，lncRNA转录本（绿色）可调节相应蛋白的活性；
f、作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体 ；
g、结合到特定蛋白质上，改变该蛋白质的细胞定位；
h、作为小分子RNA（如miRNA、piRNA）的前体分子；
circRNA是一类以共价封闭环为特征，广泛存在于真核生物中的新型RNA分子。CircRNA来源于基因的外显子或者内含子区域，在哺乳动物细胞中大量存在。现有研究表明大部分的circRNA在不同物种间是保守的。同时，由于其环状结构能抵抗RNase R的降解而比较稳定。circRNA由于其表达的特异性和调控的复杂性，以及在疾病发生中的重要作用越来越受到大家的重视。就像miRNA和长链非编码RNA一样，circRNA已经成为RNA领域的一个新的研究热点。
（1）circRNA分子特性
a、circRNAs由于是封闭环状结构，所以没有5’-3’的极性，也没有polyA尾巴。因此，比线性RNA稳定，不容易被RNA核酸外切酶或者RNase R降解。
b、circRNAs表达丰度差异大，在某些情况下，环状分子是其对应线性mRNA表达丰度的10倍以上。
c、circRNAs大部分有外显子组成，主要存在于细胞质中，可能有miRNA结合的原件（MREs）。一些含有保留内含子区域的circRNA定位在真核生物的细胞核，可能调控了基因的表达。
d、circRNAs通常是组织特异性和发育不同阶段特异性的。比如，has_circRNA_2149只在CD19+白细胞而不是CD34+白细胞，中性粒细胞或者HEK293中表达。
e、 绝大部分的circRNAs是内源非编码RNAs，只有一小部分是外源的circRNAs，如HDV，含有核糖体进入位点（IRESs）的人工circRNAs。
f、不同物种间的circRNAs大部分是进化保守的，也有部分是进化不保守的。
总的来说，circRNAs的这些特性决定了他们在转录和转录后的重要作用，也暗示着其可能作为疾病诊断的理想biomarker。
（2）circRNA的生物学功能
（1）cicrRNAs作为内源mRNA的竞争者，是miRNA的海绵吸附体；
内源竞争性RNAs(ceRNAs)包括mRNAs，假基因，lncRNA，可以竞争性结合miRNA。因此，ceRNAs的存在影响miRNAs的功能活性。最近的研究表明circRNAs可作为miRNA的海绵吸附体，也是ceRNAs分子之一。比如，ciRS-7/CDR1as 和Sry可以结合miRNAs而不被降解，可能是潜在的ceRNA分子。Li等人发现具有跨越E3泛素化蛋白连接酶（ITCH）多个外显子区形成的cir-ITCH具有miR-7,miR-17和miR-214的吸附能力。
（2）circRNAs调控可变剪切或转录过程；
circMbl是由剪切因子MBL的第二个外显子环化而来，竞争mRNA的线性剪切。CircMbl的侧翼外显子和自身序列包含MBL特异性结合的位点。MBL的表达水平受到circMbl的调控影响。研究表明，MBL通过调整circRNA形成和线性可变剪切之间的平衡来影响可变剪切过程。formin（Fmn）基因可以通过backsplicing形成circRNA。该circRNA包含翻译起始位点作为“mRNA trap”，形成一个非编码线性转录本而减少Fmn蛋白的表达。
（3）circRNA调控亲本基因的表达；
ciRNAs的形成依赖于侧翼RNA元件。侧翼RNA元件可能对内含子脱支成套非常重要。研究发现一些ciRNAs定位在细胞核中，可以与PolⅡ结合通过cis 作用模式调控宿主的转录活性。研究发现一类叫做EIciRNA的环状RNA与RNA PolⅡ关系密切。比如circEIF3J 和circPAIP2，定位在细胞核，与U1小核核糖核蛋白（snRNPs）结合，通过cis-acting模式增强亲本基因的转录。
