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非编码RNA是生命活动重要的调控因子，在基因的表达调控、生物的发育、代谢及疾病等过程中起着重要的作用。其中，一些长度较短的小RNA能够在转录水平和转录后水平调控基因表达，成为了研究的明星小分子。这里小编来给大家介绍介绍这几种“小明星”，它们分别是miRNA、siRNA、piRNA、tsRNA。 miRNA（micro RNA，微小 RNA）是一类长度约20-24个碱基的单链小分子RNA片段，最原始的是长度约为300~1000个碱基内源性转录本pri-miRNA；经过加工后，成为具有发夹结构的、约70-90个碱基大小的单链RNA前体pre-miRNA；pre-miRNA再经过Dicer酶酶切后，成为长约20~24nt的成熟miRNA。 miRNAs在细胞内的表达方式各不相同，仅有少量的的miRNA在生命体各个发育阶段的全部细胞中都有表达，而更多的miRNA则在生物体的在不同组织、不同发育阶段中呈现差异表达。 Fig1. miRNA的形成过程与作用机制 miRNA的作用模式可分为三种：第一种在作用时与靶标基因不完全互补结合，阻遏翻译而不影响mRNA的稳定性，这种miRNA是目前发现最多的种类；第二种miRNA作用时与靶标基因完全互补结合，作用方式和功能与siRNA非常类似，会切割靶mRNA；第三种则同时具有以上两种作用模式，当与靶标基因完全互补结合时，直接靶向切割mRNA；当与靶标基因不完全互补结合时，miRNA与靶mRNA的3´端非翻译区不完全配对结合后，阻遏调节基因的翻译。 siRNA（small interference RNA，小干扰 RNA）是一个长20到25个核苷酸的双链RNA，由RNaseIII家族Dicer蛋白切割长链的RNA产生，通过与靶基因反向互补，介导靶基因的mRNA 从其结合位点的中间切割，从而导致基因沉默的发生。siRNA不但可以引起转录后水平基因沉默，还可以引起转录水平基因沉默。通常较短的21~22nt的siRNA与转录后水平基因沉默相关；而较长的24~26 nt的通常与转录水平基因沉默相关。 Fig2. siRNA的形成过程与作用机制 siRNA更是一种重要的实验工具，由于siRNA也可经由多种不同转染（transfection）技术导入细胞内，并对特定基因产生具专一性的敲弱（knockdown）效果。因此可利用经过适当剪裁的siRNA互补性，来沉默已知序列的基因。 piRNA（Piwi-interacting RNA，Piwi-互作RNA）是一种长25～33nt的非编码RNA，通过与PIWI蛋白相互作用而发挥作用。piRNA在基因组上的分布主要存在于基因间隔区，而很少存在于基因区或重复序列区。piRNA起源于基因组中的反转座子、重复序列及一些被称为piRNA簇的区域，piRNA与PIWI蛋白相互结合形成PIWI/piRNA复合体，可以通过在表观遗传水平和转录后水平沉默转座子、反转座子等功能元件。 piRNA的调控过程可以形象的描述为“乒乓循环”：首先反义链的piRNA 前体经过核酸酶的加工，生成了初级piRNA；这些piRNA与 Piwi 结合形成复合体，之后通过碱基配对方式识别切割正义链piRNA 前体，产生次级piRNA。5' 端正义链piRNA被核酸酶切割，3' 端正义链piRNA 与Ago3 结合，识别并切割反义链的piRNA 前体，形成了一个正义链和反义链的piRNA 相互识别生物发生循环，称为“乒乓模型”。 Fig3. piRNA的“乒乓模型” tsRNA（tRNA-derived small RNA，来源于 tRNA的小分子 RNA）是一类新的内源功能性小RNA 分子。最初在实验中克隆到了与 tRNA（transfer RNA，转运 RNA）匹配的小RNA 片段，仅被当做 tRNA 的降解片段。直到2005年发现四膜虫在氨基酸饥饿胁迫下，tsRNA在反密码子环位置发生切割，从而适应饥饿胁迫环境。后来在酵母、拟南芥、小鼠的基因中发现了广泛存在的tsRNA，表明这类tsRNA不是tRNA 随机降解的产物。 目前的研究认为tsRNA 的产生机制有非常多样，在老鼠细胞和人类细胞的实验证明tsRNA的产生依赖于 RNase III，在tRNA的5’端序列和3’端序列受到RNaseP和RNaseZ的识别和剪切，都可以被加工成tsRNA。tsRNA的类型和功能也随着产生方式的不同而各异，例如tsRNA的作用在植物能够抑制蛋白的合成，且在动物中发现这种抑制过程是无序列特异性的。  通过以上的介绍，相信大家对小RNA家族已经有了一个初步印象，众所周知，mRNA承载着遗传密码转录和翻译的重任，而小RNA家族则是这个过程中必不可少的超强辅助，分析并利用小RNA必定会为转录调控研究带来更多的新发现，古奥基因U-analysis分析系统即将推出线上小RNA分析流程，不仅包含常见的小RNA分析内容，还额外增加了tsRNA分析，期待您的体验！ 参考文献 1. Carthew R W, Sontheimer E J. Origins and Mechanisms of miRNAs and siRNAs[J]. Cell, 2009, 136(4):642-655. 2. 来源于tRNA的小分子RNA——降解碎片还是新的调控分子[J]. 生物化学与生物物理进展, 2011, 38(8):681-687. 2. 赵爽, 刘默芳. piRNA和PIWI蛋白的功能机制研究进展[J]. 生命科学, 2010(7):623-627. |
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