​一文带你了解非编码RNA

一文带你了解非编码RNA

原创：何琪医生

审核：广州中医药大学第一附属医院 王海彬教授

文章所属：王海彬教授团队，转发请标明出处。

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非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)，指的是不被翻译成蛋白质的一类RNA，它包括相对分子量较小的核内小分子RNA（small nuclear RNA,snRNA）、核仁小分子RNA（small nucleolar RNAs,snoRNA）、微RNA（microRNA,miRNA）、piwi-interacting RNA(piRNA)、干扰小RNA(Small interfering RNA,siRNA)、以及相对分子量较大的长非编码RNA（long non-coding RNA，IncRNA）。

一．长非编码RNA（long non-coding RNA，IncRNA）

长非编码RNA是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA，主要从蛋白编码基因的反义链以及间隔区转录出来。大部分长非编码RNA拥有与mRNA相似的结构，包括5'端帽子和3'端的polyA，并可能包含多个小的开放阅读框，甚至能与核糖体结合。其在剂量补偿效应、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。

二．环状RNA（circRNA）

circRNA广泛存在于真核细胞中，通常由1至5个外显子产生，主要位于细胞质中，少部分含有内含子的circRNA起源于细胞核。circRNA的长度在几百到几千个核苷酸之间，平均547个核苷酸，大多数circRNA的半衰期超过48h。重要的是，circRNA来自非规范的可变剪接，其将剪接供体连接至上游剪接受体并形成共价闭合环，没有5'帽子或3'多聚A尾，并通过共价键环化。这些特征赋予circRNA对核酸外切酶RNase R的抗性，在组织和血浆中更稳定。而且，circRNA在细胞、组织中广泛表达，具有成为生物标志物和治疗靶标的潜力。

三．小干扰RNA(Small interfering RNA,siRNA)

siRNA(small interfering RNA，小干扰RNA)是一种小RNA分子，一般由Dicer核酸酶加工而成，可引发与之互补的目标mRNA的沉默。siRNA可由人工合成或载体表达、RNA病毒入侵、基因组中反向重复序列转录等原因可能导致细胞中出现双链RNA(dsRNA)，dsRNA被Dicer核酸内切酶Ⅲ(RNaseⅢ)加工成21～25nt的siRNA。siRNA双链结合一个核酶复合物，从而形成RNA诱导沉默复合物(RNA—induced silencing complex，RISC)。RISC是RNA干涉过程中一种关键复合物，一般认为它可能包括内切核酸酶、外切核酸酶、解旋酶等酶活性。RISC的激活需要依赖ATP将小分子RNA解双链的过程，解成单链的siRNA引导激活的RISC，通过碱基配对定位到同源mRNA转录本上，并在距离siRNA3'端l2个碱基的位置切割mRNA。mRNA在转录后降解，从而抑制基因表达，因而RNAi又称之为转录后基因沉默。同时siRNA可大量扩增，并转运出细胞，扩散至整个机体。siRNA还可以作为一种特殊的引物，引起级联放大效应，这一过程被称为随机降解PCR反应。

四. 微小RNA(microRNA，miRNA)

miRNA在真核细胞中普遍存在，是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子，主要通过与靶mRNA的3'端非翻译区的碱基互补配对而起作用。当其与mRNA不完全配对时，抑制翻译过程；完全配对时，则切割或降解靶mRNA。miRNA基因在核内由RNA聚合酶II转录而来，初产物是pre—miRNA，具有1个或多个茎环结构。pre— miRNA由细胞核输送到细胞质后，被核酸酶Dicer切割成约22nt的双链，该双链迅速被引入沉默复合体(RISC)中，其中一条成熟的单链miRNA保留在这一复合体中。成熟的单链miRNA结合到与其互补的mR—NA的位点，通过碱基互补配对抑制基因表达。这种作用机制在各物种间比较保守，且在机体的基因表达调控网络中具有时空特异性。

五．核内小分子RNA（small nuclear RNA ，snRNA）

snRNA(small nuclear RNA，小核RNA)是真核细胞核内的一组小分子RNA，分子较小，约含50—200nt，其主要作用是与有关蛋白结合形成小核糖核蛋白体(snRNP)，对RNA的前体进行加工。

六. 核仁小分子RNA（small nucleolar RNAs,snoRNA）

Weinberg在哺乳动物体内发现了第一个snoRNA(small nueleolar RNA，小分子核仁RNA)，其主要作用是在核糖体RNA的生物合成中发挥作用，且参与细胞核中前体rRNA的加工与修饰。随后在脊椎动物、酵母和植物中也发现了大量的snoRNA，它们是一类典型的ncRNA。在脊椎动物中，除少数snoRNA基因单独转录外，大部分snoRNA由蛋白质编码基因的内含子编码。酵母中除7个内含子基因和5个多顺反子snoRNA基因簇外，大部分snoRNA由单独基因编码。植物中的大部分snoRNA基因属于多顺反子基因簇，这些多顺反子基因簇部分是内含子，它们分别由2—5个snoRNA基因组成。

参考文献：

Ponting CP,Oliver PL,Reik W.Evolution and functions of long noncoding RNAs.Cell,2009,136(4):629-641.

杨福兰, 饶周舟, 陈汉春. 非编码RNA与基因表达调控[J]. 生命的化学, 2014, 34(1):000119-125.