浅谈小RNA的研究进展

浅谈小RNA的研究进展

长期以来，人们认为RNA只是DNA性状表达过程中的中间环节，RNA的功能在于控制蛋白质的生物合成，因此，研究主要限于参与蛋白质生物合成的tR-NA , rRNA和mRNA。近20年来，非编码性小RNA分子的发现和功能研究，大大改变了人们对RNA分子的认知，也极大地深化了人们对基因表达调控的理解研究。本文仅从小RNA分类、特征、各自功能、作用机制等方面对小RNA的研究进展进行简要的概述。

1 小RNA分类、特征及功能

1.1 分类

由于小RNA的研究进展迅速，随着新类型的不断涌现，其分类也处在不断变化之中。目前主要根据小RNA分子的特征将其归纳为4类:微小RNA ( mi-croRNA , miRNA )、与piwi(在果蝇卵巢中发现的一个对干细胞的分裂有调控作用的基因)相互作用的RNA ( piwi-associated RNA , piRNA )、小干扰RNA( small interfering RNA , siRNA)和较长的非编码RNAa其中miRNA, piRNA和siRNA的研究较多，进展较快。

1.2 功能与特征

MicroRNA ( miRNA)是一种大小约20 nt-24nt的内源性的单链小分子RNA，位于基因组非编码区，具有高度保守性、时序性和组织特异性。miRNA调节着相当多的细胞功能，如细胞分裂、分生组织分化、程序性细胞凋亡、代谢和形态建成，并参与原癌基因作用。它具有4个明显特征：(1)广泛存在于真核生物中，是一组不编码蛋白质的单链短序列，本身不具有开放阅读框架。(2)其长度通常约为22nt。

(3)成熟的miRNA具有独特的序列特征，即其5’端第一个碱基对U有强烈的倾向性，而对G却有排他性，但第二到第四个碱基缺乏U，而且一般来讲，除第四个碱基外，其他位置碱基通常都缺乏C。这一特点使它与大多数寡核苷酸和功能的降解片段区别开来。(4)多数还具有高度保守性、时序性和组织特异性。

piRNA是2006年刚刚在哺乳动物生殖细胞中发现的一类新型小分子RNA。它比以往发现的小分子RNA稍长一些，约含30个核苷酸，需要与Argonaute蛋白家族的Piwi亚家族蛋白结合才能发挥作用，并因此而得名。越来越多的文献表明，piRNA在生殖细胞的生长发育中的调控是由于Piwi-piRNA复合物引起的基因沉默导致的，但由于对piRNA的研究尚处于初级阶段，它的一些具体的功能和生源论尚在研究当中。区别于其他的小分子RNA, piRNA具有以下的特点:(1)长度大部分集中在29 nt-30nt，5’端具有U偏向性;(2)为单链的小分子RNA；( 3)需与Ar-gonaute 蛋白家族中的Piwi亚家族结合才能行使功能；(4)具有很强的组织特异性，目前只在人类等数种动物的精原细胞和胚胎干细胞内发现它的存在；(5)在染色体上分布极不均匀；(6)主要存在于基因间隔区，而很少存在于基因区和重复序列区。

siRNA是一类约20个-25个核苷酸大小的双链RNA。与miRNA不同，它是由一条长的双链RNA剪切而成。内源性siRNA能够抑制转座子的活性并在战胜病毒浸染中发挥重要作用，此外也能够调节一些基因的表达水平，而病毒产生的siRNA 可以干扰宿主细胞内正常的基因表达。siRNA主要特点有：(I)长度在22nt左右；(2)依赖Dicer酶的加工，是Dicer的产物，所以具有Dicer产物的特点；(3)生成需要

Ar-gonaute家族蛋白存在；( 4 ) siRNA合成是由双链的RNA或RNA前体形成的，是RISC ( RNA诱导的沉默复合物)组分；(5)是人工体外合成的，通过转染进入人体内，是RNA干涉的中间产物；(6)在Dicer酶(系核糖核酸III家族的成员，在RNA干扰的起

始阶段起重要作用)的加工过程中，siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂；

(7)在作用位置上，siRNA可作用于mRNA的任何部位；(8)在作用方式上，siRNA只能导致靶标基因的降解，即为转录水平后调控；( 9 ) siRNA不参与生物生长，是RNAi的产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。

较长的非编码RNA大小为70到上千个核苷酸，它们广泛地参与不同的细胞生化过程。现已发现的非编码RNA中，可以把以下几类归人其中:核内小RNA(snRNA)、核仁小RNA ( snoRNA )、胞质小RNA( small cytoplasmic RNA )、催化性小RNA (small cata-lytic RNA)和其他类型的非编码RNA如tmRNA、端粒酶RNA、反义RNA等。

2 生物合成机制

2.1 miRNA的生物合成过程

首先从基因组的不同区段，通常是外显子和内含子之间的基因间隔区或内含子区域内，经RNA聚合酶II转录形成初始miRNA ( pri-miRNA )。Pri-miRNA片段较长，含有帽子和poly A尾巴结构，二级结构呈特殊的发夹形茎环。经过核酸内切酶III-Drosha及其辅助因子DGCR8的识别和作用，pri-miRNA去除帽子和尾巴结构，形成了60 nt-75nt的miRNA前体(pre-miRNA )。Pre-miRNA的5’带有磷酸基团，3’有2个碱基的突出。Pre-miRNA被核内转运蛋白exportin - 5转运出细胞核进人细胞质，第二个核酸内切酶III-Dicer和TRBP复合物对pre-miRNA进行切割形成短小的miRNA 双链体，然后双链体降解成为单链的成熟miRNA，结合到RISC发挥生物功能。

2.2 siRNA生物合成过程

小干扰RNA ( siRNAs)是由内源或外源的双链RNA加工形成，长度为21 nt-26 nt, 3’端具有2个突出的碱基。人工导人的外源dsRNA或RNA病毒复制的中间体进人细胞后，可直接被Dicer酶裂解成siRNA，也可在RdRP的作用下自身扩增，然后再被Dicer酶裂解成siRNA。内源siRNAs的报道较少，主要集中在拟南芥中。

piRNA生物合成过程尚不清楚，仅知道piwi亚家族蛋白质与piRNA的生成有关。具体过程有待于进一步研究。

3 作用机制

3.1 miRNA作用机制

miRNA通过多种机制对人类基因组中约30%的基因进行调控，虽然其精细的过程还有待于阐明，但现已表明抑制翻译是miRNA最主要的沉默机制。miRNA不仅可在翻译的起始和延伸阶段抑制翻译过程，而且也可诱导靶标mRNAs的脱腺昔化、帽子结构的去除和降解。其他的沉默机制包括内切核酸和不依赖于切割作用的靶mRNA的降解

3.2 siRNA作用机制

siRNA不仅在mRNA水平上抑制靶基因表达，还可以在染色质水平上沉默基因，而对后者关注程度更大。RNA指导的DNA甲基化和RNAi介导的异染色质形成是染色质调控过程，会使胞嘧啶和组蛋白出现共价修饰。研究表明，在RNA指导的DNA 甲基化(RdDM)过程中，siRNA以序列特异性的方式介导DNA甲基化，产生5-甲基胞嘧啶，导致基因转录水平沉默，但并非所有的基因组序列都对RdDM具有相同的敏感性，一些siRNA仅仅引起RNAi现象，而没有DNA甲基化。

3.3 piRNA作用机制

目前的研究表明，piRNA主要存在于哺乳动物的生殖细胞和干细胞中，通过与piwi亚家族蛋白结合形成piRNA复合物(piRC )来调控基因沉默途径。

4 研究方法

小RNA数量巨大，但是功能已经明确的小RNA还很少。由于研究方法的单一