【原】非編碼RNA（Non-coding RNA）是什么？

生物學(xué)渣 2021-04-19

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非編碼RNA（Non-coding RNA）是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA，包括miRNA、lncRNA、circRNA、piRNA等。非編碼RNA發(fā)揮功能的方式很多，可以與蛋白、DNA和RNA相互作用，參與多種細(xì)胞活動(dòng)，主要包括基因的激活和沉默，RNA的剪接、修飾和編輯，蛋白質(zhì)的翻譯等。

　　1.miRNA：miRNA是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，它們?cè)趧?dòng)植物中參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。每個(gè)miRNA可以有多個(gè)靶基因，而幾個(gè)miRNA也可以調(diào)節(jié)同一個(gè)基因。

　　圖一 miRNA成熟及作用方式（Mikhailidis DP, Athyros VG. Nat Rev Cardiol. 2014 Feb;11(2):72-4.）

　　miRNA過表達(dá)：將miRNA前體序列構(gòu)建入病毒載體中，該載體既可用于瞬時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞，也可以包裝成病毒用于穩(wěn)定株篩選和動(dòng)物水平過表達(dá)miRNA。

　　miRNA敲低：設(shè)計(jì)針對(duì)miRNA的TuD RNA封閉片段或海綿片段，再將該片段構(gòu)建入病毒載體中。該載體除了可以直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞用于miRNA的敲低，也可以包裝成慢病毒，用于動(dòng)物水平敲低miRNA。

　　miRNA靶基因預(yù)測(cè)：miRNA通過堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)別靶基因的3’UTR區(qū)，并根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻譯。因此，可以將目的基因的3’UTR區(qū)域構(gòu)建到含luciferase的報(bào)告基因上，通過比較miRNA過表達(dá)或inhibitor 與報(bào)告基因作用檢測(cè)熒光值的變化，判斷miRNA對(duì)靶基因的作用。再通過對(duì)3’UTR區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)突變的方法進(jìn)一步確定miRNA與靶基因3’UTR的作用位點(diǎn)。

　　miRNA常用數(shù)據(jù)庫：

　　?miRbase（http://www.）：miRbase 是由曼徹斯特大學(xué)的研究人員開發(fā)的一個(gè)在線的miRNA數(shù)據(jù)庫，提供包括已發(fā)表的miRNA序列數(shù)據(jù)、注釋、預(yù)測(cè)基因靶標(biāo)等信息的全方位數(shù)據(jù)庫，是存儲(chǔ)miRNA信息最主要的公共數(shù)據(jù)庫之一。

　　?TargetScan（http://www./）：TargetScan是通過搜索和每條miRNA種子區(qū)域匹配的保守的8mer和7mer位點(diǎn)來預(yù)測(cè)靶基因。

　　?TarBase（http://carolina.imis./diana_tools/web/index.php?r=tarbasev8%2Findex）：TarBase數(shù)據(jù)庫人工經(jīng)歷了長達(dá)10年左右的時(shí)間去搜集了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過的miRNA的靶基因，包括在人、小鼠、果蠅、蠕蟲和斑馬魚中的miRNA的靶基因。

　　?miRWalk（http://www.ma./apps/zmf/mirwalk/）：miRWalkis是一個(gè)綜合性數(shù)據(jù)庫，提供來自人類、小鼠和大鼠的miRNA的預(yù)測(cè)信息和經(jīng)過驗(yàn)證的位于其靶基因上的結(jié)位點(diǎn)。

　　2.lncRNA：lncRNA是長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA）的簡稱，是長度在200-100000 nt之間的RNA分子。大多數(shù)的lncRNAs在組織分化發(fā)育過程中，都具有明顯的時(shí)空表達(dá)特異性；序列上保守性較低，只有約12%的lncRNA可在人類之外的其它生物中找到。

　　根據(jù)lncRNA在基因組上相對(duì)于蛋白編碼基因的位置，可以將其分為啟動(dòng)子區(qū)（promoter associated）、內(nèi)含子間（intronic）、雙向（bidirectional）、正義鏈（sense）、反義鏈（antisense）、3’UTR區(qū)（3’UTR associated）、基因間（intergenic）這7種類型。這種位置關(guān)系對(duì)于推測(cè)lncRNA的功能有很大幫助。

　　圖二 lncRNA分類（Huang X, et al.Cancer Lett. 2018 Jan 28;413:94-101.）

　　一般來說，lncRNA主要從以下三種層面實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控：

　　?表觀遺傳學(xué)調(diào)控：lncRNA招募染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體到特定位點(diǎn)進(jìn)而介導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)沉默。

　　?轉(zhuǎn)錄調(diào)控：包括如下幾種：1）lncRNA的轉(zhuǎn)錄能夠干擾臨近基因的表達(dá)；2）lncRNA能夠通過封阻啟動(dòng)子區(qū)域來干擾基因的表達(dá)；3）lncRNA能夠與RNA結(jié)合蛋白作用，并將其定位到基因啟動(dòng)子區(qū)從而調(diào)控基因的表達(dá)；4）lncRNA能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性；5）lncRNA也能夠通過調(diào)節(jié)基本轉(zhuǎn)錄因子來實(shí)現(xiàn)調(diào)控基因的表達(dá)。

　　?轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：lncRNA能夠在轉(zhuǎn)錄后水平通過與mRNA形成雙鏈的形式調(diào)控基因的表達(dá)。

　　lncRNA過表達(dá)：將lncRNA序列構(gòu)建入病毒載體中，該載體既可用于瞬時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞，也可以包裝成病毒用于穩(wěn)定株篩選和動(dòng)物水平過表達(dá)lncRNA。

　　lncRNA干擾：針對(duì)lncRNA設(shè)計(jì)干擾片段，再將該片段構(gòu)建入病毒載體中。該載體除了可以直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞用于lncRNA的干擾，也可以包裝成慢病毒，用于動(dòng)物水平干擾lncRNA。

　　lncRNA敲除：用CRISPR/Cas9技術(shù)對(duì)lncRNA進(jìn)行敲除。針對(duì)lncRNA某條片段的兩端分別設(shè)計(jì)多條sgRNA序列，實(shí)現(xiàn)大片段刪除，從而達(dá)到敲除的效果。將sgRNA序列構(gòu)建入病毒載體中，再將Cas9序列裝入另一載體中，隨后兩種病毒同時(shí)感染目的細(xì)胞進(jìn)行敲除。

　　lncRNA靶基因?qū)ふ遥悍椒ɑ绢愃朴谏厦姹硎龅膍iRNA雙熒光素酶檢測(cè)。

　　3.circRNA: circRNA即環(huán)形RNA（circular RNA）的簡稱，是一類不具有5’末端帽子和3’ 末端poly（A）尾巴、并以共價(jià)鍵形成環(huán)形結(jié)構(gòu)的客觀存在于生物體內(nèi)的非編碼RNA分子。

　　circRNA主要特征：

　　?circRNA由特殊可變剪切產(chǎn)生，大量存在與真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，主要來源于外顯子，少部分內(nèi)含子來源的circRNA存在細(xì)胞核中。

　　?表達(dá)水平具有種屬、組織、時(shí)間特異性。

　　?circRNA呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不易被核酸外切酶降解，比線性RNA更加穩(wěn)定。

　　?具有一定序列保守性。

　　?在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用。

　　?絕大多數(shù)circRNA是非編碼的，但也有少數(shù)可以翻譯為多肽。

　　circRNA根據(jù)其來源可分為三類：外顯子來源的circRNA（exonic circRNAs），內(nèi)含子來源的circRNA（circular intronic RNAs，ciRNAs），以及由外顯子和內(nèi)含子共同組成的circRNA（retained-intron circRNAs）。

　　circRNA的作用機(jī)制：

　　?miRNA分子海綿，circRNA含有大量的miRNA結(jié)合位點(diǎn)，具有miRNA海綿作用，進(jìn)而間接調(diào)控miRNA下游靶基因的表達(dá)。