ncRNA（non-coding RNA）是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)能轉(zhuǎn)錄但不編碼蛋白質(zhì)的具有特定功能的RNA小分子。功能基因組學(xué)的飛速發(fā)展將越來(lái)越多的目光引向了對(duì)非編碼轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物功能的研究。

ncRNA根據(jù)大小可以分為兩組：大于200bp的long RNAs以及小于200bp的small RNAs，其中l(wèi)ong RNAs包括long non-coding RNA（lncRNA）和circleRNA，small RNAs包括miRNA、piRNA、snRNA 、snoRNA 等等。

lncRNA

lncRNA一般是指長(zhǎng)度大于200 個(gè)核苷酸，沒(méi)有顯著的蛋白質(zhì)編碼能力的的DNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。雖然這個(gè)定義稍顯武斷，但是它卻可以很好的區(qū)分lncRNA與miRNA、piRNA等小RNA。

lncRNA的分類(lèi)是比較復(fù)雜的，根據(jù)它們?cè)诨蚪M上的位置附近的編碼基因，可以將其分為以下5類(lèi)：

• 反義型，antisense

• 內(nèi)含子型，intronic

• 基因間型，intergenic

• 分歧型，divergent

• 增強(qiáng)子型，enhancer：很多l(xiāng)ncRNA都是enhancer型lncRNA，它們可以調(diào)控它們產(chǎn)生區(qū)域的增強(qiáng)子和其他調(diào)控因子的作用。

不同的lncRNA會(huì)存在于細(xì)胞的不同地方：存在于核內(nèi)或胞漿內(nèi)。根據(jù)其所處位置的不同，其發(fā)揮的作用也不相同。有些lncRNA還可能同時(shí)存在于核內(nèi)和胞漿內(nèi)。

核內(nèi)lncRNA占lncRNA的大多數(shù)，通過(guò)招募染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子（chromatin modifiers）到DNA上來(lái)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，或者作為一些核糖核蛋白的腳手架來(lái)發(fā)揮作用。

而胞漿中的lncRNA作用于基因的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)，如作為miRNA海綿（可以是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，也可以是線性結(jié)構(gòu)），抑制miRNA對(duì)mRNA的作用。同時(shí)lncRNA還可以影響到RNA的半衰期（見(jiàn)下圖）。

LncRNA 起初被認(rèn)為是沒(méi)有功能的轉(zhuǎn)錄垃圾。在經(jīng)過(guò)大量研究論證后，大多數(shù)的lncRNA 被確定是轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，在細(xì)胞正常功能發(fā)揮中有著重要的影響。比如染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)形成、干細(xì)胞多能性、體細(xì)胞重編程、發(fā)育調(diào)控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時(shí)，lncRNA 通過(guò)不同的作用途徑及方式實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的調(diào)控。包括順式調(diào)節(jié)與反式調(diào)節(jié)方式。另外，lncRNA 可以借助蛋白質(zhì)與miRNA 網(wǎng)絡(luò)這兩種不同途徑來(lái)發(fā)揮具體的作用。

circleRNA

環(huán)狀RNA（Circular RNA，circRNA）是一類(lèi)具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性非編碼RNA，主要由前體RNA（pre-mRNA）通過(guò)可變剪切加工產(chǎn)生，circRNA 廣泛存在于所有真核生物中，并且非常穩(wěn)定。

circleRNA根據(jù)其可以來(lái)源可以分為3種：

• 只包含外顯子的ecRNA（Exon-derived circRNA），圖中的A，B；

• 只包含內(nèi)含子的ciRNA（circular intronic RNA），圖中的C；

• 一個(gè)內(nèi)含子插入到兩個(gè)外顯子之間EIciRNA（exon–intron circRNA ），圖中的D。

目前，circRNA 的研究已經(jīng)成為了RNA 研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)circRNA 在轉(zhuǎn)錄本中占有相當(dāng)大的比例，有的表達(dá)豐度甚至顯著高于其他轉(zhuǎn)錄本。

circRNA 對(duì)基因的表達(dá)有重要調(diào)控作用，在生物的發(fā)育進(jìn)程中發(fā)揮了重要的生物學(xué)功能，目前認(rèn)為circleRNA的作用主要集中在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方面，有以下5類(lèi)：

• 促進(jìn)circleRNA父基因的轉(zhuǎn)錄：ciRNA及ElciRNA定位在核內(nèi)并調(diào)控父基因的表達(dá)。

  父基因：指的是circleRNA來(lái)源的基因，下同。

• mRNA捕獲：circleRNA的產(chǎn)生伴隨著他們父基因的轉(zhuǎn)錄，因此circleRNA很可能可以競(jìng)爭(zhēng)性的影響mRNA的產(chǎn)生及處理過(guò)程。

• miRN海綿：一些circleRNA具備miRNA的保存結(jié)合位點(diǎn)。

• RBP海綿：可以調(diào)節(jié)RBP的功能，如Argonaute (Ago), polymerase II等。

  RBP： RNA binding protein，RNA結(jié)合蛋白。

• 編碼蛋白質(zhì)：一些circleRNA還具備核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，可以編碼蛋白質(zhì)發(fā)揮功能。

miRNA

微小RNA(microRNA，miRNA)是一類(lèi)存在于動(dòng)植物體內(nèi)、大小為21一25 nt的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA，對(duì)轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)調(diào)控起重要作用。

多細(xì)胞動(dòng)物的miRNA的生物合成起始于RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄出“莖環(huán)結(jié)構(gòu)”的前體miRNA分子，然后Drosa酶（RNaseIII）酶切去除前體miRNA分子的基部的雙鏈。這個(gè)處理后的前體miRNA分子會(huì)被Ran-GTP/Exprotin5轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿中，然后Dicer酶（RNaseIII）繼續(xù)處理這個(gè)前提miRNA分子，形成一個(gè)包含miRNA的雙鏈的miRNA分子（下圖B）。

植物的miRNA的與動(dòng)物有所不同，前體miRNA分子在細(xì)胞核中就會(huì)被DCL1酶（Docer-like1)二步酶切成雙鏈miRNA分子，所以在植物體內(nèi)很難找到前體miRNA分子（圖中使用方括號(hào)包圍）。然后這個(gè)雙鏈miRNA就會(huì)在HASTY（Exportin-5 在植物中的同源類(lèi)似物）的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)到胞漿中并進(jìn)一步組裝，從而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄后調(diào)控作用（下圖A）。

成熟的miRNA需要和RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC）組裝才能發(fā)揮作用。miRNA同靶mRNA的互補(bǔ)程度決定了靶mRNA的命運(yùn)。如果是完全互補(bǔ)，則mRNA會(huì)被降解（下圖A），如果是部分互補(bǔ)配對(duì)，則只是導(dǎo)致mRNA沉默，并不會(huì)誘導(dǎo)mRNA降解。

piRNA

piRNA(PIWI-interacting RNA)是一類(lèi)可在生殖細(xì)胞中大量表達(dá)，并與PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA( non-coding RNA,ncRNA)，通過(guò)沉默轉(zhuǎn)座元件和調(diào)控編碼mRNA維持動(dòng)物基因組穩(wěn)定，在生殖細(xì)胞發(fā)育分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。同時(shí)piRNA的異常表達(dá)也與腫瘤的關(guān)系密切。

piRNA的生物發(fā)生過(guò)程在不同的生物中并不相同，在果蠅（D.melanogaster）中，前體piRNA的合成涉及到異染色質(zhì)結(jié)合蛋白R(shí)hino結(jié)合到H3K9me3基因座位。Rhino同時(shí)會(huì)結(jié)合Deadlock和Cutoff蛋白，后者會(huì)將保護(hù)前體piRNA的5‘端。然后前體piRNA在UAP-56蛋白的幫助下轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿內(nèi)。再在Zucchini 、Gasz 和Armitage 等因子的幫助下，形成成熟的piRNA。

在小鼠（M.musculus）中，轉(zhuǎn)錄因子A-MYB結(jié)合到典型的啟動(dòng)子模體上開(kāi)始piRNA的轉(zhuǎn)錄，形成的piRNA前體經(jīng)歷5’加帽和3‘加尾之后，轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿中。在胞漿中，進(jìn)行5’端修飾，載入到MIWI蛋白上，并3‘修剪并甲基化后，形成成熟的piRNA。

在秀麗隱桿線蟲(chóng)（C.elegans）中，F(xiàn)KH結(jié)合到Ruby模體開(kāi)始了前體piRNA的合成，然后前體piRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿中，前體piRNA經(jīng)過(guò)5’和3‘端修飾后（有可能是有TOFU-1，TOFU-2介導(dǎo)），和Piwi蛋白PRG-1 結(jié)合，HENN-1會(huì)對(duì)piRNA進(jìn)行甲基化修飾，最終形成成熟的piRNA。

參考資料

1. Long non-coding RNAs as regulators of the endocrine system. Nat Rev Endocrinol.

2. Circular RNAs: biogenesis, expression and their potential roles in reproduction. J Ovarian Res.

3. MicroRNAs: Genomics, Biogenesis, Mechanism, and Function. Cell.

4. piRNAs: from biogenesis to function. Development.