【non-coding RNA】非编码RNA有哪些？

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1、mRNA, tRNA和rRNA

2、长非编码RNA (LncRNA)

3、microRNA (miRNA)

4、小分子干扰 RNA (siRNA)

5、Piwi 相互作用 RNA (piRNA)

6、小分子RNA(small RNA)

7、端粒酶RNA

8、环状RNA（circRNA）

1、mRNA, tRNA和rRNA

20世纪40年代初，人们确定脱氧核糖核苷酸（DNA）在细胞核中，20世纪60年代，蛋白质被发现是在细胞质内的核糖体上组装，这一重要发现表明在核内染色体与核外核糖体之间必然存在一个“桥梁”。遗传信息究竟是怎样被转移到细胞质中的？

由此，科学家们陆续发现了信使RNA（mRNA），mRNA是DNA在核内合成并被运输到细胞质为蛋白合成提供模板，而mRNA翻译的过程在核糖体上进行。后续发现了核糖体RNA（rRNA），它是组成核糖体的主要成分，核糖体是合成蛋白质的工厂。转运RNA（tRNA）识别mRNA上的密码子，一面搬运来相应的氨基酸连接在一起合成多肽。它们把氨基酸搬运到核糖体上，tRNA能根据mRNA的遗传密码，依次准确地将它携带的氨基酸，掺入正在合成的肽链中，实现肽链的延伸。

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2、长非编码RNA (LncRNA)

人类基因组中有约30亿个碱基，大约只有2%可以编码蛋白，但是剩下98%的区域大多数也会被转录成了RNA。非编码RNA虽然不编码蛋白质，但是以调控分子等多种身份参与了重大生命活动的各个层次。这些非编码RNA不能翻译正常的蛋白质，但是可以编码一些小肽序列。LncRNA长度至少大于200nt 通常大于500nt。根据LncRNA在基因组上相对于蛋白编码基因的位置，可以将其分为sense、antisense、bidirectional、intronic、intergenic这5种类型。

LncRNA的功能有：

（1）表观遗传学调控

某些特异的LncRNA会招募染色质重构和修饰复合体到特定位点，改变DNA/RNA甲基化状态、染色体结构和修饰状态，进而控制相关基因的表达。很多DNA/RNA甲基化突变与癌症等某些疾病发生有关，而染色质修饰状态的改变也通常会影响到某些基因的表达状态，最常见的是在启动子区域出现的H3K4me3、H3K9me2及H3K27me3修饰等，这些组蛋白修饰会改变染色质活性，从而促进或抑制转录，控制基因表达。

（2）转录调控

在真核细胞中，转录因子对于基因转录非常重要，它们可以结合到基因转录产生的RNA上，控制RNA转录、定位和稳定性。一些LncRNA会作为配基，与一些转录因子结合，形成复合体，控制基因转录活性。

（3）转录后调控

LncRNA会直接参与到mRNA转录后调控过程中，包括可变剪切、RNA编辑、蛋白翻译及转运等过程中。这些过程对于基因功能多态性非常重要。参与mRNA转录后调控的主要为antisense LncRNA，在mRNA可变剪切调控过程中，antisense LncRNA会与mRNA互补区域结合，影响某些剪切位点募集剪切体，控制mRNA剪切过程，同时也会对RNA编辑(A-to-l)产生影响。在mRNA核转运及胞内定位过程中，也有一些antisense LncRNA同mRNA互作，发挥调控作用。

（4）调控miRNA

除了直接调控mRNA，LncRNA还会通过控制miRNA表达来影响其靶基因的表达量。在一些肿瘤细胞和特定组织中，一些IncRNA会携带有某些miRNA的“种子序列”，像海绵一样结合miRNA，从而阻止miRNA同其靶mRNA结合。

3、microRNA (miRNA)

miRNA是一个十分巨大的非编码小分子RNA家族，在人类细胞中已鉴定了千余种miRNA，调控超过30%的基因表达。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNA也可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。

miRNA的合成：miRNA 是一类长度约为 20-24 nt 的单链小分子，来源于形成独特发夹结构的转录本pre-miRNA。发夹状 RNA 被加工成成熟的 miRNA，形成 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC)，其中包含 Dicer 等 miRNA 相互作用蛋白。miRNA 将通过 3'UTR 与靶 mRNA 转录本上的互补序列配对，导致靶基因沉默。

miRNA的作用：在真核细胞生物中miRNA构成高度复杂的调控网络，控制蛋白质表达谱，进而决定各类细胞的功能及命运。另一方面，miRNA与各种疾病有关，在人类肿瘤中发现大量miRNA表达异常，因此，miRNA表达谱可以作为肿瘤等疾病临床诊断、分类、分级甚至预后的指标，并为治疗提供新的靶点。

miRNA可以指导RISC通过翻译抑制（基于miRNA和mRNA之间的较低互补性）下调基因表达，或者作为siRNA进行并介导mRNA切割。转录后机制的选择不是由沉默RNA（siRNA或miRNA）的来源决定的，而是由互补程度决定的。如果miRNA与其靶标完美或几乎互补，则可特异性切割靶mRNA。内源表达的miRNA通常与其靶基因不完全互补，并通过翻译抑制调节对基因表达的影响。越来越多的证据表明，miRNA表现出与细胞生长，发育和分化有关的各种关键调节功能，并与各种人类疾病有关。

4、小分子干扰 RNA (siRNA)

双链RNA分子可诱导RNA干涉作用（RNA interference, RNAi），随后的研究揭示RNA干涉是由于外源导入的RNA双链经RNase III类核酸酶Dicer切割加工，形成21~25个核苷酸的双链小RNA，被称为小干扰RNA（siRNA）。

siRNA 的合成：siRNA 是长链线性 dsRNA，被 Dicer 加工成长度为 20-24 nt 的成熟 siRNA，加载到 RISC 后指导沉默。与 miRNA 相似，它们通过被称为 RNA 干扰 (RNAi) 的过程介导转录后沉默，在该过程中，siRNA 干扰互补核苷酸序列的表达。

5、Piwi 相互作用 RNA (piRNA)

piRNA 是小分子 ncRNA (24-31nt)，能够与 Argonaute 家族的 Piwi 蛋白形成复合物。piRNA 的特点是 5’端有尿苷，3’端有 2’-O-甲基修饰。其主要作用是在种系发育过程中沉默转座因子。

siRNA miRNA和piRNA的合成过程

6、小分子RNA(small RNA)

存在于真核生物细胞核和细胞质中，100nt-300nt长度，多的每个细胞中可含有105 ～106 个这种RNA分子，少的则不可直接检测到, 它们由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成, 其中某些像mRNA一样可被加帽。

小分子RNA通常与蛋白质组成复合物，在细胞的生命活动中起重要的作用。

小分子RNA主要有两类：一类是snRNA(small nuclear RNA),存在于细胞核中；另一类是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于细胞质中。

1）snRNA：

snRNA (small nuclear RNA，小核RNA）。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分。发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100～215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。某些snRNPs和剪接作用密切相关，它们分别与供体和受体剪接位点以及分支顺序相互补。

（真核细胞的Pre-mRNA剪接是由snRNA介导的）

（2）snoRNA：

其中位于核仁内的snoRNA称为核小体RNA（small uncleolar RNA），参与rRNA前体的加工及核糖体亚基的组装。

（3）scRNA：

scRNA（small cytoplasmic RNA，细胞质小RNA）主要位于细胞质内，种类较多，参与蛋白质的合成和运输。SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和六种蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒，主要功能是识别信号肽，并将核糖体引导到内质网。

7、端粒酶RNA

端粒酶RNA(Telomerase RNA Component，TERC），是真核生物细胞中发现的一种非编码RNA。TERC是端粒酶的一部分，在端粒延伸过程中，TERC作为端粒继续延伸的模板，由端粒酶催化实现端粒的延长。

端粒酶是一种核糖核蛋白聚合酶，其通过向端粒末端添加端粒重复序列TTAGGG维持端粒的长度。该酶由一个具有反转录功能的蛋白分子(TERT)和TERC组成。端粒酶参与细胞衰老调控。在真核生物出生后的正常体细胞中，端粒酶处于抑制状态。染色体复制过程中，由于模板DNA起始端被RNA引物先占据，新生链随之延伸。引物RNA脱落后，其空缺处的模板DNA无法再度复制成双链。因此，每复制一次，末端DNA就缩短若干个端粒重复序列，即出现真核细胞分裂中的“末端复制问题”染色体每复制一次，端粒即发生缩短。一旦端粒消耗殆尽，细胞将会立即激活凋亡机制，即细胞走向凋亡。端粒酶表达的失调，将导致肿瘤的发生。

8、环状RNA（circRNA）

circRNA是一种形成共价闭合连续环的RNA。最早在细菌中发现的环状DNA（质粒）。

许多环状RNA是由蛋白质编码基因产生的。没有5'和 3'端。