RNA種類辨析

李法君

(山東省濰坊科技學院 262700)

RNA 是一類廣泛存在的極其重要的生物大分子，在生物體內(nèi)執(zhí)行多種功能。RNA可以分為兩大類：編碼RNA和非編碼RNA。近年來隨著測序技術(shù)的發(fā)展，多種非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)相繼被發(fā)現(xiàn)。

1 編碼RNA

編碼RNA是指能編碼蛋白質(zhì)的RNA，主要包括信使RNA(messenger RNA, mRNA)和核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)。mRNA中的開放閱讀框是編碼蛋白質(zhì)區(qū)域，可以將基因組DNA的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)，從而實現(xiàn)其生物學功能。hnRNA是mRNA的前體形式，是RNA轉(zhuǎn)錄酶以DNA為模板轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物。hnRNA經(jīng)過一系列的加工，包括剪除內(nèi)含子、5′端加帽和3′端加尾之后即為成熟的mRNA。

2 非編碼RNA

2.1 核糖體RNA 核糖體RNA(ribosomal RNA, rRNA)是細胞中最為豐富的RNA，在分裂旺盛的細菌細胞中占80%以上。rRNA一般與核糖體蛋白結(jié)合在一起形成核糖體，如果把rRNA從核糖體上除掉，核糖體的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生塌陷。原核生物的rRNA分三類：5SrRNA(s為沉降系數(shù))、16SrRNA和23SrRNA。真核生物的rRNA分四類：5SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。

2.2 轉(zhuǎn)運RNA 轉(zhuǎn)運RNA(transfer RNA, tRNA)一般由70～90個核苷酸組成，具有三葉草型二級結(jié)構(gòu)以及倒“L”型三級結(jié)構(gòu)。主要功能是把細胞質(zhì)中的氨基酸搬運到核糖體上。此外，tRNA還具有其他一些特異功能。

例如，在沒有核糖體或其他核酸分子參與下，攜帶氨基酸轉(zhuǎn)移至專一的受體分子，以合成細胞膜或細胞壁組分；作為反轉(zhuǎn)錄酶引物參與DNA合成；作為某些酶的抑制劑等。

2.3 核內(nèi)小分子 RNA 核內(nèi)小分子 RNA(small nuclear RNA, snRNA)的長度約為100～215個核苷酸，共分為7類，由于含堿基U豐富，故編號為U1～U7。通常snRNA不是游離存在的，而是與蛋白質(zhì)結(jié)合成復合物，成為小核核糖核蛋白顆粒(Sn RNP)。snRNA的主要功能是在hnRNA加工成mRNA的過程中，參與mRNA的加工。

2.4 核仁小RNA 核仁小RNA(small nucleolar RNAs，snoRNA)屬于snRNA的一種，可對核糖體RNA或其他RNA進行化學修飾。根據(jù)保守序列和結(jié)構(gòu)元件不同，snoRNAs可分為C/D box與H/ACA box兩種。前者的主要功能是對 RNA的堿基進行甲基化修飾；后者則對其進行甲尿嘧啶化修飾[1]。此外，少數(shù)snoRNA還參與rRNA前體的加工剪切，與rRNA的正確折疊和組裝相關(guān)。

2.5 胞質(zhì)小分子 RNA 胞質(zhì)小分子 RNA(small cyto-plasmic RNA, scRNA)是真核生物細胞質(zhì)中一類由100～300個核苷酸組成的小分子RNA。通常與蛋白質(zhì)組成復合物，參與蛋白質(zhì)的合成和運輸。例如，信號識別體(SRP)顆粒就是一種由一個7S RNA和六種蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白體顆粒，主要功能是識別信號肽, 并將核糖體引導到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

2.6 小干擾 RNA 小干擾 RNA(small interfering RNA，siRNA)也稱為短干擾RNA或沉默RNA，是長度20～25個核苷酸的雙鏈RNA，由Dicer(RNAase Ⅲ家族中對雙鏈RNA具有特異性的酶)加工而成。現(xiàn)有研究表明，siRNA是RNA干擾(RNAi)途徑中的中間產(chǎn)物，是RNAi發(fā)揮生物學效應的必需因子。siRNA通過與靶標基因編碼區(qū)或非翻譯區(qū)完全配對來降解靶標基因，這是一種典型的負調(diào)控機制。

2.7 雙鏈RNA 雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRNA)與siRNA類似，dsRNA也是RNAi過程中的產(chǎn)物，由其介導的RNAi現(xiàn)象是生物體普遍存在的調(diào)控機制。dsRNA的生成機制如下：siRNA作為RNAi過程中生成的雙鏈RNA分子，不僅能引導RNA誘導的沉默復合體(RISC)切割同源單鏈mRNA，而且可作為引物與靶mRNA結(jié)合并在RNA聚合酶作用下生成dsRNA，新合成的dsRNA再由Dicer切割產(chǎn)生大量的次級siRNA，如此循環(huán)，從而使RNAi的作用進一步放大，最終將靶mRNA完全降解。現(xiàn)在RNAi技術(shù)作為一項高效的分子生物學工具，已經(jīng)在基因的功能及調(diào)控通路領(lǐng)域得到廣泛應用。

2.8 微RNA 微RNA(microRNAs,miRNA)是一類長度為21～25個核苷酸的單鏈RNA片段，是在真核生物中廣泛存在的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子。成熟的miRNA是由較長的初級轉(zhuǎn)錄物經(jīng)過一系列核酸酶的剪切加工而產(chǎn)生的，隨后組裝進RISC，通過堿基互補配對的方式識別靶mRNA。根據(jù)miRNA與靶基因mRNA序列互補的程度，其作用機制可分為對靶基因mRNA的切割和對翻譯進行抑制兩類。如果miRNA與靶基因mRNA完全互補，miRNA將通過切割方式來調(diào)控靶基因；如果miRNA與靶基因mRNA不完全互補，miRNA將通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因。在動物體內(nèi)，大部分miRNA不能與靶基因的mRNA完全互補，故被認為主要通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因。研究表明：miRNA參與生物體內(nèi)多種的調(diào)節(jié)途徑，包括發(fā)育、病毒防御、造血過程、器官形成、細胞增殖和凋亡及脂肪代謝等。

2.9 piRNA piRNA(piwi-interacting RNA)是一類長度為26～31個核苷酸(大部分集中在29～30個核苷酸)的單鏈小RNA，主要存在于哺乳動物的生殖細胞和干細胞中。通過與Piwi亞家族蛋白結(jié)合形成piRNA復合物來調(diào)控基因沉默途徑。對Piwi亞家族蛋白的遺傳分析以及piRNA積累的時間特性研究發(fā)現(xiàn)，piRNA復合物在配子發(fā)生、維持生殖系和干細胞功能、保持mRNA的穩(wěn)定性等方面發(fā)揮重要作用。

2.10 重復相關(guān)siRNA 重復相關(guān)siRNA(repear-associated siRNA, rasiRNA)是一類25～29個核苷酸長的小分子RNA。對果蠅卵巢的研究發(fā)現(xiàn)，Piwi蛋白在細胞核RNA沉默過程中通過與特定的rasiRNA相連來充當“切片機”，因此，引起的降解反應成為果蠅第三條新的基因沉默途徑[2]。

2.11 引導RNA 引導RNA(guide RNA, gRNA)是引導RNA編輯的RNA分子，長度大約是60～80個核苷酸，是由單獨的基因轉(zhuǎn)錄的具有3′寡聚U的尾巴，中間有一段與被編輯mRNA精確互補的序列。5′端是一個錨定序列，它同非編輯的mRNA序列互補。在編輯時形成一個編輯體，以gRNA內(nèi)部的序列作為模板進行轉(zhuǎn)錄物的校正。gRNA 3′端的oligo(U)尾可作為被添加的U的供體[3]。例如，基因組編輯技術(shù)CRISPR/Cas9就是利用與目標序列互補的gRNA來引導Cas酶來定點切割DNA的。

2.12 反義RNA 反義RNA(antisense RNA,atRNA)是指與mRNA互補的RNA分子，也包括與其他RNA互補的RNA分子。

根據(jù)反義RNA的作用機制可將其分為3類：Ⅰ類反義RNA直接作用于靶mRNA的SD序列或編碼區(qū)，直接抑制翻譯，或與靶mRNA結(jié)合形成雙鏈RNA，從而被RNA酶Ⅲ降解；Ⅱ類反義RNA與mRNA的非編碼區(qū)結(jié)合，引起mRNA構(gòu)象變化，抑制其翻譯；Ⅲ類反義RNA則直接抑制靶mRNA的轉(zhuǎn)錄。