ncRNA（non-coding RNA）是近年來發(fā)現(xiàn)的一類能轉(zhuǎn)錄但不編碼蛋白質(zhì)的具有特定功能的RNA小分子。功能基因組學的飛速發(fā)展將越來越多的目光引向了對非編碼轉(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一般是指長度大于200 個核苷酸，沒有顯著的蛋白質(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的分類是比較復雜的，根據(jù)它們在基因組上的位置附近的編碼基因，可以將其分為以下5類：

• 反義型，antisense

• 內(nèi)含子型，intronic

• 基因間型，intergenic

• 分歧型，divergent

• 增強子型，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)域的增強子和其他調(diào)控因子的作用。

不同的lncRNA會存在于細胞的不同地方：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還可能同時存在于核內(nèi)和胞漿內(nèi)。

核內(nèi)lncRNA占lncRNA的大多數(shù)，通過招募染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子（chromatin modifiers）到DNA上來發(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mRNA的作用。同時lncRNA還可以影響到RNA的半衰期（見下圖）。

LncRNA 起初被認為是沒有功能的轉(zhuǎn)錄垃圾。在經(jīng)過大量研究論證后，大多數(shù)的lncRNA 被確定是轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的關鍵調(diào)控因子，在細胞正常功能發(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、細胞內(nèi)物質(zhì)運輸、細胞核亞結(jié)構(gòu)形成、干細胞多能性、體細胞重編程、發(fā)育調(diào)控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時，lncRNA 通過不同的作用途徑及方式實現(xiàn)基因表達的調(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)絡這兩種不同途徑來發(fā)揮具體的作用。

circleRNA

環(huán)狀RNA（Circular RNA，circRNA）是一類具有閉合環(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；

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

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

circRNA 對基因的表達有重要調(diào)控作用，在生物的發(fā)育進程中發(fā)揮了重要的生物學功能，目前認為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：

• 促進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。

  父基因：指的是circleRNA來源的基因，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很可能可以競爭性的影響mRNA的產(chǎn)生及處理過程。

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

• 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還具備核糖體進入位點，可以編碼蛋白質(zhì)發(fā)揮功能。

miRNA

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

多細胞動物的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。這個處理后的前體miRNA分子會被Ran-GTP/Exprotin5轉(zhuǎn)運至胞漿中，然后Dicer酶（RNaseIII）繼續(xù)處理這個前提miRNA分子，形成一個包含miRNA的雙鏈的miRNA分子（下圖B）。

植物的miRNA的與動物有所不同，前體miRNA分子在細胞核中就會被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（圖中使用方括號包圍）。然后這個雙鏈miRNA就會在HASTY（Exportin-5 在植物中的同源類似物）的作用下運轉(zhuǎn)到胞漿中并進一步組裝，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誘導沉默復合體（RNA-induced silencing complex，RISC）組裝才能發(fā)揮作用。miRNA同靶mRNA的互補程度決定了靶mRNA的命運。如果是完全互補，則mRNA會被降解（下圖A），如果是部分互補配對，則只是導致mRNA沉默，并不會誘導mRNA降解。

piRNA

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

piRNA的生物發(fā)生過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Rhino結(jié)合到H3K9me3基因座位。Rhino同時會結(jié)合Deadlock和Cutoff蛋白，后者會將保護前體piRNA的5‘端。然后前體piRNA在UAP-56蛋白的幫助下轉(zhuǎn)運到胞漿內(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)合到典型的啟動子模體上開始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)運到胞漿中。在胞漿中，進行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（C.elegans）中，F(xiàn)KH結(jié)合到Ruby模體開始了前體piRNA的合成，然后前體piRNA轉(zhuǎn)運到胞漿中，前體piRNA經(jīng)過5’和3‘端修飾后（有可能是有TOFU-1，TOFU-2介導），和Piwi蛋白PRG-1 結(jié)合，HENN-1會對piRNA進行甲基化修飾，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.