非编码RNA调控概述

在上一系列的干货分享中，我们介绍了细胞培养相关知识。接下来，我们将目光聚焦 “非编码RNA”，开启一个新的篇章。本系列将为大家介绍不同类型非编码RNA， 包括lncRNA、circRNA和miRNA，并详细介绍它们的功能及调控相关知识。

一、非编码RNA定义及分类

非编码RNA ( ncRNA )是一种不翻译成蛋白质的功能性RNA分子。表达功能性非编码RNA的DNA序列通常称为RNA基因。在20世纪50年代，科学家就发现了基因表达中的重要非编码RNA，即核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA）。在之后的几十年里，人们对包含tRNA、rRNA 、以及snoRNA、snRNA等这些经典的非编码RNA进行了深入研究。因其在所有细胞类型中大量且普遍表达，并为生物体提供基本功能，它们可被认为是“组成型”非编码RNA。高通量测序技术和计算平台的快速发展加速了非编码RNA的发现。目前已发现了多种非编码RNA，根据其在生物学中的作用，可将其分为管家型非编码RNA和调控型非编码RNA。

图1. 非编码RNA的分类

表1. 不同非编码RNA平均核苷酸长度和已知功能

二、非编码RNA的功能及作用机制

在这些非编码RNA中，研究最火热且研究比较深入的是lncRNA、circRNA及miRNA。下面简单概述一下它们的作用及作用机制。

1. miRNA

MicroRNA (miRNA) 是一类短的内源性非编码 RNA，可通过翻译抑制或降解mRNA的方式在转录后水平调控基因表达的效果。越来越多的研究表明，miRNA作为一种调控元件在各种生物体的调节机制中发挥着重要作用，包括细胞分化和发育、新陈代谢、增殖、细胞凋亡、病毒感染和肿瘤发生等。

2. miRNA的主要作用机制可分为两大类：

a. mRNA的降解：miRNA与mRNA 的开放阅读框区域结合，形成双链结构导致mRNA被降解。

b. mRNA的翻译抑制：miRNA与mRNA的3’UTR 区域结合（允许部分错配），抑制mRNA的转录后翻译。

此外，在其它mRNA区域（包括 5' UTR 和编码序列）以及启动子区域中也检测到了miRNA 结合位点。有文献报道，miRNA与5' UTR和编码区的结合可抑制基因的表达，而与启动子区域的相互作用可诱导转录。

3. circRNA

circRNAs（环状 RNA）是一种单链、共价封闭的 RNA 分子，在从病毒到哺乳动物的各种物种中均有发现。目前，科学家在circRNAs的生物发生、调控、定位、降解和修饰方面取得了重要进展。

研究发现circRNAs可作为转录调节因子、microRNA海绵和蛋白质支架发挥生物学功能，其作用机制可以概括为以下三大类：

a. 调控基因转录：通过碱基互补配对在转录水平对基因表达进行调控。

b. microRNA海绵：作为miRNA的内源性结合RNA，起到miRNA海绵作用，进而间接调控miRNA下游靶基因的表达。

c. 蛋白质支架：与不同功能的蛋白质结合，发挥抑制蛋白质活性、募集蛋白质复合体的组分或调控蛋白质活性等功能。

4. lncRNA

lncRNA是由 RNA 聚合酶转录的大于200 nt的RNA，具有保守的二级结构，大部分不编码蛋白质。研究表明lncRNAs 参与多种生物过程，包括多能干细胞的重编程、致癌进展和细胞周期调控等。lncRNA可通过与 DNA、RNA 和蛋白质相互作用，调节染色质结构和功能以及邻近和远处基因的转录，并影响 RNA 剪接、稳定性和翻译。

lncRNA的主要作用机制可分为四大类：

a. 信号（signal）：研究表明在不同的刺激条件和信号通路下，lncRNA 将会被特异性地转录，并作为信号传导分子参与特殊信号通路的传导。

b. 诱饵（decoy）：这一类 lncRNA 被转录后，它能与 DNA 结合蛋白（如转录因子）结合，从而阻断该蛋白分子的作用，进 而对下游基因的表达进行调控。

c. 引导（guide）：这一类lncRNA 与蛋白结合（通常是转录因子），然后将蛋白复合物定位到特定的 DNA 序列上起到调控基因表达的作用。

d. 支架（scaffold）：lncRNA起到一个“中心平台”的作用，使两个或多个蛋白结合在这个 lncRNA 分子上形成复合物。在细胞中，当多条信号通路同时被激活，这些下游的效应分子可以结合到同一条 lncRNA 分子上，实现不同信号通路之间的信息交汇和整合。

此外，关于非编码RNAs的研究新热点还有tRFs（tRNA-Derived Fragments）和piRNA(piwi-interacting RNA)等。tRFs是tRNA衍生的小RNA，长度小于40nt。tRFs具有抑制基因表达、调节细胞凋亡等功能。有文献报道，在包括实体癌和淋巴恶性肿瘤在内的多种主要癌症类型中，都存在tRFs表达失调的情况。然而，这些分子的确切分子作用尚不完全清楚，这也是未来研究的方向。piRNA是一种长度约为24-31nt的非编码RNA，它们通常与PIWI 蛋白结合，形成称为 piRNA 诱导沉默复合体的效应复合体，通过转录或转录后机制抑制转座子，维持种系基因组的完整性。关于它们的其它相关知识在本系列干货文章中就不再详细介绍了。

三、非编码RNA研究常用数据库

在对非编码RNA进行研究的过程中，数据库是不可或缺的工具，下面简单分享几个非编码RNA研究中经常用到的数据库。

表2. 非编码RNA常用数据库

接下来的几期内容我们将陆续深入介绍lncRNA、circRNA和miRNA的功能及调控相关知识，欢迎大家继续关注我们的内容。

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