【1.1.5】非编码RNA种类与功能简介

人类基因组被广泛转录,近 75% 的DNA 序列被转录成 RNA。然而,只有不到 2% 的基因组编码蛋白质。先前的研究表明,一般来说,真核生物越复杂,它们拥有的非编码 RNA (ncRNA) 的数量就越多。这表明 ncRNA 在真核生物复杂性的进化中发挥着举足轻重的作用,并且是转录组不可或缺的组成部分。根据长度,ncRNA 主要分为两大类: 小 ncRNA 和长非编码 RNA (lncRNA)。

  • 小 ncRNA 包括microRNA(miRNA)、PIWI 相互作用的 RNA (pi-RNA)、小核 RNA (snRNA)、小核仁 RNA (snoRNA) 和其他类别的小调节 RNA。
  • LncRNA 目前被定义为大于 200个核苷酸且没有明显开放阅读框(ORF) 的转录本。

随着研究的继续,由于更深入、更灵敏的RNA 测序技术,lncRNA 的数量不断增加。这种爆炸式的成绩单越来越引起研究人员的注意。尽管记录在案的 lncRNA 越来越多,但仍有关于 lncRNA 的细节未被发现。研究表明,一些带注释的 lncRNA 转而编码小肽。例如,一种名为肌调节蛋白的微肽对肌肉性能至关重要,它是由推定的lncRNA编码的。此外,lncRNA LINC00961 编码 SPAR 多肽,该多肽参与 mTORC1 通路调节和肌肉再生。因此,在这些隐藏肽的帮助下,lncRNAs 可以更精细地调节特定的生物过程。

尽管 lncRNA 的表达水平低于蛋白质编码基因,但它们往往更具细胞类型特异性。究表明,lncRNA 仅限于在精确的发育和细胞环境中转录,表明它们可能充当细胞命运的“微调器”。此外,据报道lncRNA参与了多个重要的生物学过程,包括基因组印记、剂量补偿、多能性、 细胞分化等病理过程。例如 lncRNA Xist在X 染色体失活中 , Kcnq1ot1在基因组印记中 , Evf2在神经细胞命运测定中 , linc-MD1在肌肉分化中 , MALAT1在糖尿病中和癌症。

虽然大多数特征明确的 lncRNA 具有 5' 帽结构和 3' 多聚(A)尾,但研究揭示了新的形式:这种非多聚腺苷酸化的 lncRNA 由RNA 聚合酶 III转录,或通过RNase P切割产生成熟的3’端,或在两端被snoRNP复合物封端,或通过形成环状结构。由于结构的多样性,lncRNA 参与多种调控的方式非常丰富。迄今为止的证据表明,lncRNA 主要通过与 RNA、DNA 或蛋白质相互作用而发挥作用。在细胞质中,lncRNA可以与蛋白质或RNA结合:它们可以充当“miRNA海绵”,诱骗特定的miRNA,导致miRNA失活;此外,由于它们的结构灵活性,它们可以作为支架,束缚蛋白质形成复合物。在细胞核中,lncRNA 与蛋白质合作以顺式或反式调节染色质状态,它们还通过 RNA-DNA 相互作用将蛋白质引导至特定的基因组位点。因此,lncRNA 可以调节多种细胞环境,包括染色质重塑、转录、前 mRNA 剪接和RNA 稳定性。

非编码RNA (noncoding RNA, ncRNA)是指没有编码蛋白质功能的所有 RNA,缺乏开放阅读框,常由 编码蛋白质的基因反义转录而来,一般用同义词小RNA(small RNA,sRNA)表示。转录非编码RNA的DNA序列叫RNA基因或非编码RNA基因。

按长度划分种类:

  • 小于50 nt:microRNA,siRNA,piRNA;
  • 50 nt到500 nt:rRNA,tRNA,snRNA,snoRNA,SLRNA,SRPRNA 等等;
  • 大于500 nt:包括长的mRNA-like的非编码RNA,长的不带polyA 尾巴的非编码RNA等等。

按照功能划分:

  • tRNA(转运RNA):氨基酸转运
  • gRNA(导引RNA):mRNA编辑
  • snRNA(核内小分子RNA):mRNA加工(剪接和成熟)
  • snoRNA(核仁小分子RNA):rRNA加工(切割和修饰)
  • Telomerase RNA:DNA复制
  • SRP(信号识别颗粒)-RNA:参与蛋白质的转运分泌
  • piRNA:与Piwi蛋白家族成员相结合调控生殖细胞
  • Lin-4:发育控制反义RNA(antisence RNA for development control)
  • rps14:核糖体生物合成反义RNA(antisence RNA for ribosome biogenesis)
  • dsRNA(双链RNA):基因沉默(gene silence)
  • Xist (Xi-specific transcript)&其反义RNA Tsix:X染色体失活
  • 端粒 RNA参与 DNA端粒合成并影响细胞的寿命
  • tmRNA参与破损mRNA蛋白质合成的终止等。

尚有很多RNA的功能还未鉴定,如很多scRNA(细胞质小分子RNA)、用沉降系数命名的7S,10SRNA等。一些生物催化剂如核酶和转肽酶也是RNA。

参考资料

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