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

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非编码rna结构功能及调控机制(一文带你了解非编码RNA)(1)

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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.

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