在上一系列的干貨分享中，我們介紹了細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)知識(shí)。接下來(lái)，我們將目光聚焦 “非編碼RNA”，開(kāi)啟一個(gè)新的篇章。

本系列將為大家介紹不同類(lèi)型非編碼RNA， 包括lncRNA、circRNA和miRNA，并詳細(xì)介紹它們的功能及調(diào)控相關(guān)知識(shí)。

非編碼RNA定義及分類(lèi)

非編碼RNA ( ncRNA )是一種不翻譯成蛋白質(zhì)的功能性RNA分子。表達(dá)功能性非編碼RNA的DNA序列通常稱(chēng)為RNA基因。在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了基因表達(dá)中的重要非編碼RNA，即核糖體RNA（rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。在之后的幾十年里，人們對(duì)包含tRNA、rRNA 、以及snoRNA、snRNA等這些經(jīng)典的ncRNA進(jìn)行了深入研究。因其在所有細(xì)胞類(lèi)型中大量且普遍表達(dá)，并為生物體提供基本功能，它們可被認(rèn)為是“組成型”ncRNA。高通量測(cè)序技術(shù)和計(jì)算平臺(tái)的快速發(fā)展加速了非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)。目前已發(fā)現(xiàn)了多種非編碼RNA，根據(jù)其在生物學(xué)中的作用，可將其分為管家型ncRNA和調(diào)控型ncRNA。

ncRNA的分類(lèi)

不同ncRNA平均核苷酸長(zhǎng)度和已知功能

非編碼RNA的功能及作用機(jī)制

在這些非編碼RNA中，研究最火熱且研究比較深入的是lncRNA、circRNA及miRNA。下面簡(jiǎn)單概述一下它們的作用及作用機(jī)制。

miRNA

MicroRNA (miRNA) 是一類(lèi)短的內(nèi)源性非編碼 RNA，可通過(guò)翻譯抑制或降解mRNA的方式在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)的效果。越來(lái)越多的研究表明，miRNA作為一種調(diào)控元件在各種生物體的調(diào)節(jié)機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，包括細(xì)胞分化和發(fā)育、新陳代謝、增殖、細(xì)胞凋亡、病毒感染和腫瘤發(fā)生等。

miRNA的主要作用機(jī)制可分為兩大類(lèi)：

a.?mRNA的降解：miRNA與mRNA 的開(kāi)放閱讀框區(qū)域結(jié)合，形成雙鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致mRNA被降解。

b. mRNA的翻譯抑制：miRNA與mRNA的3’UTR 區(qū)域結(jié)合（允許部分錯(cuò)配），抑制mRNA的轉(zhuǎn)錄后翻譯。

此外，在其它mRNA區(qū)域（包括 5' UTR 和編碼序列）以及啟動(dòng)子區(qū)域中也檢測(cè)到了miRNA 結(jié)合位點(diǎn)。有文獻(xiàn)報(bào)道，miRNA與5' UTR和編碼區(qū)的結(jié)合可抑制基因的表達(dá)，而與啟動(dòng)子區(qū)域的相互作用可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄。

circRNA

circRNAs（環(huán)狀 RNA）是一種單鏈、共價(jià)封閉的 RNA 分子，在從病毒到哺乳動(dòng)物的各種物種中均有發(fā)現(xiàn)。目前，科學(xué)家在circRNAs的生物發(fā)生、調(diào)控、定位、降解和修飾方面取得了重要進(jìn)展。

研究發(fā)現(xiàn)circRNAs可作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子、microRNA海綿和蛋白質(zhì)支架發(fā)揮生物學(xué)功能，其作用機(jī)制可以概括為以下三大類(lèi)：

a.?調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄：通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。

b. microRNA海綿：作為miRNA的內(nèi)源性結(jié)合RNA，起到miRNA海綿作用，進(jìn)而間接調(diào)控miRNA下游靶基因的表達(dá)。

c. 蛋白質(zhì)支架：與不同功能的蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)揮抑制蛋白質(zhì)活性、募集蛋白質(zhì)復(fù)合體的組分或調(diào)控蛋白質(zhì)活性等功能。

lncRNA

lncRNA是由 RNA 聚合酶轉(zhuǎn)錄的大于200 nt的RNA，具有保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)，大部分不編碼蛋白質(zhì)。研究表明lncRNAs 參與多種生物過(guò)程，包括多能干細(xì)胞的重編程、致癌進(jìn)展和細(xì)胞周期調(diào)控等。lncRNA可通過(guò)與 DNA、RNA 和蛋白質(zhì)相互作用，調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能以及鄰近和遠(yuǎn)處基因的轉(zhuǎn)錄，并影響 RNA 剪接、穩(wěn)定性和翻譯。

lncRNA的主要作用機(jī)制可分為四大類(lèi)：

a.?信號(hào)（signal）：研究表明在不同的刺激條件和信號(hào)通路下，lncRNA 將會(huì)被特異性地轉(zhuǎn)錄，并作為信號(hào)傳導(dǎo)分子參與特殊信號(hào)通路的傳導(dǎo)。

b. 誘餌（decoy）：這一類(lèi) lncRNA 被轉(zhuǎn)錄后，它能與 DNA 結(jié)合蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子）結(jié)合，從而阻斷該蛋白分子的作用，進(jìn) 而對(duì)下游基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。

c.?引導(dǎo)（guide）：這一類(lèi)lncRNA 與蛋白結(jié)合（通常是轉(zhuǎn)錄因子），然后將蛋白復(fù)合物定位到特定的 DNA 序列上起到調(diào)控基因表達(dá)的作用。

d. 支架（scaffold）：lncRNA起到一個(gè)“中心平臺(tái)”的作用，使兩個(gè)或多個(gè)蛋白結(jié)合在這個(gè) lncRNA 分子上形成復(fù)合物。在細(xì)胞中，當(dāng)多條信號(hào)通路同時(shí)被激活，這些下游的效應(yīng)分子可以結(jié)合到同一條 lncRNA 分子上，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)通路之間的信息交匯和整合。

此外，關(guān)于ncRNAs的研究新熱點(diǎn)還有tRFs（tRNA-Derived Fragments）和piRNA(piwi-interacting RNA)等。tRFs是tRNA衍生的小RNA，長(zhǎng)度小于40nt。tRFs具有抑制基因表達(dá)、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡等功能。有文獻(xiàn)報(bào)道，在包括實(shí)體癌和淋巴惡性腫瘤在內(nèi)的多種主要癌癥類(lèi)型中，都存在tRFs表達(dá)失調(diào)的情況。然而，這些分子的確切分子作用尚不完全清楚，這也是未來(lái)研究的方向。piRNA是一種長(zhǎng)度約為24-31nt的ncRNA，它們通常與PIWI 蛋白結(jié)合，形成稱(chēng)為 piRNA 誘導(dǎo)沉默復(fù)合體的效應(yīng)復(fù)合體，通過(guò)轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后機(jī)制抑制轉(zhuǎn)座子，維持種系基因組的完整性。關(guān)于它們的其它相關(guān)知識(shí)在本系列干貨文章中就不再詳細(xì)介紹了。

ncRNA研究常用數(shù)據(jù)庫(kù)

在對(duì)ncRNA進(jìn)行研究的過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)是不可或缺的工具，下面簡(jiǎn)單分享幾個(gè)ncRNA研究中經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)庫(kù)。

接下來(lái)的幾期內(nèi)容我們將陸續(xù)深入介紹lncRNA、circRNA和miRNA的功能及調(diào)控相關(guān)知識(shí)，歡迎大家繼續(xù)關(guān)注我們的內(nèi)容。

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