生命短暂，艺术长流——水生所深入探究蓝细菌RNA降解调控机制
"Life is short, art is long (生命短暂，艺术长流)." RNA半衰期很短，但其行使的功能却无比重要，人们对其探索也永无止境。这点正体现了古希腊伟大医学家希波克拉底（Hippocrates）上述名言的精髓。
RNA不但介导了遗传信息的解码过程，还在一系列生命过程中起调控和结构功能。中国科学院水生生物研究所张承才研究员团队与德国Wolfgang R. Hess教授团队合作的文章"'Life is short, and art is long': RNA degradation in cyanobacteria and model bacteria"于3月24日在国内高起点新刊物、微生物学综合性期刊mLife创刊号上在线发表。该文讨论了蓝细菌和模式菌中RNA代谢机制，揭示了不同细菌RNA代谢的共通性和多样性。作该本领域的首篇综述，文章可为后续相关研究提供重要参考。
RNA在细胞内种类繁多，它们既是遗传信息的载体（mRNA），也是蛋白翻译机器的组分（rRNA、tRNA），还直接发挥基因调控的功能（asRNA、sRNA等）。与其他大分子相比，RNA代谢迅速，平均半衰期仅几分钟。不同细菌中的mRNA降解过程基本相同，涉及三类酶：RNA内切酶，RNA外切酶，以及一些起辅助功能的酶（包括RNA焦磷酸水解酶、RNA解旋酶等）（图1）。催化不同RNA降解步骤的RNA酶还能通过形成酶复合体（即RNA降解体）等形式协作，以确保RNA降解能够高效进行。
图1：细菌中RNA主要降解过程。全长RNA分子经核酸内切酶（endoribonucleases）切为较短的片段，这些短片段进一步被核酸外切酶（exoribonucleases）降解为单核苷酸和长2-5碱基的微核苷酸（nanoRNA）产物。微核苷酸新一步被寡核苷酸酶（oligoribonucleases）降解为单核苷酸，最终完成RNA的彻底降解。需要注意的是，许多带有5’-三磷酸的RNA需要先被RNA焦磷酸酶（RNA pyrophosphohydrolase）转变为5’-单磷酸RNA才能被RNA内切酶有效切割。括号内列出的是目前蓝细菌和E. coli中发现的参与RNA降解的主要的酶，其中黑色为在蓝细菌和E. coli中均存在的酶，紫色为仅存在于E. coli中的酶，而红色为仅存在于蓝细菌中的酶。
对模式菌株的研究发现，参与RNA降解的具体酶的种类及其形成的RNA降解体可能大相庭径。例如，E. coli中内切核酸酶RNase E是最重要的RNA酶，它与外切核酸酶PNPase、解旋酶RhlB等结合形成一个RNA降解体。而B. subtilis却不含RNase E，它有一个与RNase E序列完全不同但功能类似的内切酶——RNase Y。RNase Y也与其他组分形成一个不同的RNA降解体。
蓝细菌（也称蓝藻）是一个古老的细菌类群，它们是唯一能进行产氧光合作用的原核生物，其很多种属还能够生物固氮，在地球演化以及碳氮元素循环过程中一直发挥着重要功能。此外，由于能够利用太阳光将CO2转化为有机物，它们也是极具潜力的细胞工厂。近年来，人们对蓝细菌中RNA的代谢调控机制的研究逐渐兴起。
该文对蓝细菌中RNA加工降解调控的主要研究进展进行了回顾和总结，对蓝细菌和模式菌株中RNA代谢酶及降解体类进行了系统比较。文章揭示：1）不同细菌进化出了不同的RNA代谢相关酶类，但各细菌中RNA降解的总体过程类似；2）蓝细菌中存在的RNA酶的种类和数量与已知的模式菌株中的存在显著差异；3）蓝细菌的RNA酶与模式菌株中同源蛋白的生化性质大多类似，但它们在细胞中的重要性不尽相同；4）蓝细菌与E. coli的RNA降解体都以RNase E为核心，但组装方式和组分明显不同（图2）。
图2：蓝细菌与E. coli的RNA降解体结构示意图。蓝细菌Anabaena降解体的已知组分包括内切酶RNase E，外切酶PNPase和RNase II，解旋酶CrhB（A）。蓝细菌RNase E催化域（catalytic region）与RNase II和CrhB结合，其非催化域（noncatalytic region）末端含有4个保守区域（C1-C4）以及3个高变异区域（V1-V3），其中C4与PNPase结合。E. coli RNA降解体主要组分包括RNase E、PNPase、RhlB（解旋酶）和Eno（烯醇化酶），其中RNase E通过其非催化域中的几个区域与其他组分结合（B）。
蓝细菌RNA代谢研究领域目前还有许多重要的科学问题有待回答，例如，RNA降解过程所需关键的酶（例如RNA焦磷酸水解酶、寡核苷酸酶）由哪些基因编码？各种RNA酶在细胞中的生理功能是怎样的？各种酶在RNA代谢过程中如何协作？RNA降解是细胞基因表达的关键调控环节之一，对蓝细菌RNA代谢的深入了解必将推动相关的基础和应用研究。此外，蓝细菌是主要的细菌类群之一，对蓝细菌RNA代谢的深入研究也有助于揭示细菌中RNA代谢机制的普遍机制和多样性。
