RNA种类辨析

秦四哥

                              

RNA是一类广泛存在的极其重要的生物大分子，在生物体内执行多种功能。RNA可以分为两大类：编码RNA和非编码RNA。近年来随着测序技术的发展，多种非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）相继被发现。

1编码RNA

编码RNA是指能编码蛋白质的RNA，主要包括信使RNA（messengerRNA，mRNA）和核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）。mRNA中的开放阅读框是编码蛋白质区域，可以将基因组DNA的遗传信息翻译成蛋白质，从而实现其生物学功能。hnRNA是mRNA的前体形式，是RNA转录酶以DNA为模板转录的直接产物。hnRNA经过一系列的加工，包括剪除内含子、5’端加帽和3’端加尾之后即为成熟的mRNA。

2非编码RNA

2.1核糖体RNA

核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）是细胞中最为丰富的RNA，在分裂旺盛的细菌细胞中占80%以上。rRNA一般与核糖体蛋白结合在一起形成核糖体，如果把rRNA从核糖体上除掉，核糖体的结构就会发生塌陷。原核生物的rRNA分三类：5SrRNA（s为沉降系数）、16SrRNA和23SrRNA。真核生物的rRNA分四类：5SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。

2.2转运RNA

转运RNA（transfer RNA，tRNA）—般由70~90个核苷酸组成，具有三叶草型二级结构以及倒“L”型三级结构。主要功能是把细胞质中的氨基酸搬运到核糖体上。此外，tRNA还具有其他一些特异功能。

例如，在没有核糖体或其他核酸分子参与下，携带氨基酸转移至专一的受体分子，以合成细胞膜或细胞壁组分；作为反转录酶引物参与DNA合成；作为某些酶的抑制剂等。

2.3核内小分子RNA

核内小分子RNA（small nu-clear RNA，snRNA）的长度约为100~215个核苷酸，共分为7类，由于含碱基U丰富，故编号为U1~U7。通常snRNA不是游离存在的，而是与蛋白质结合成复合物，成为小核核糖核蛋白颗粒（Sn RNP）。snRNA的主要功能是在hnRNA加工成mRNA的过程中，参与mRNA的加工。

2.4核仁小RNA

核仁小RNA（small nucleolar RNAs，snoRNA）属于snRNA的一种，可对核糖体RNA或其他RNA进行化学修饰。根据保守序列和结构元件不同，snoRNAs可分为C/D box与H/ACAbox两种。前者的主要功能是对RNA的碱基进行甲基化修饰；后者则对其进行甲尿嘧啶化修饰。此外，少数snoRNA还参与rRNA前体的加工剪切，与rRNA的正确折叠和组装相关。

2.5胞质小分子RNA

胞质小分子RNA（small cytoplasmic RNA，scRNA）是真核生物细胞质中一类由100~300个核苷酸组成的小分子RNA。通常与蛋白质组成复合物，参与蛋白质的合成和运输。例如，信号识别体（SRP）颗粒就是一种由一个7S RNA和六种蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒，主要功能是识别信号肽，并将核糖体引导到内质网。

2.6小干扰RNA

小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）也称为短干扰RNA或沉默RNA，是长度20~25个核苷酸的双链RNA，由Dicer（RNAase Ⅲ 家族中对双链RNA具有特异性的酶）加工而成。现有研究表明，siRNA是RNA干扰（RNAi）途径中的中间产物，是RNAi发挥生物学效应的必需因子。siRNA通过与靶标基因编码区或非翻译区完全配对来降解靶标基因，这是一种典型的负调控机制。

2.7双链RNA

双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）与siRNA类似，dsRNA也是RNAi过程中的产物，由其介导的RNAi现象是生物体普遍存在的调控机制。dsRNA的生成机制如下：siRNA作为RNAi过程中生成的双链RNA分子，不仅能引导RNA诱导的沉默复合体（RISC）切割同源单链mRNA，而且可作为引物与靶mRNA结合并在RNA聚合酶作用下生成dsRNA，新合成的dsRNA再由Dicer切割产生大量的次级siRNA，如此循环，从而使RNAi的作用进一步放大，最终将靶mRNA完全降解。现在RNAi技术作为一项高效的分子生物学工具，已经在基因的功能及调控通路领域得到广泛应用。

2.8微RNA

微RNA（microRNAs，miRNA）是一类长度为21~25个核苷酸的单链RNA片段，是在真核生物中广泛存在的转录后调控因子。成熟的miRNA是由较长的初级转录物经过一系列核酸酶的剪切加工而产生的，随后组装进RISC，通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA。根据miRNA与靶基因mRNA序列互补的程度，其作用机制可分为对靶基因mRNA的切割和对翻译进行抑制两类。如果miRNA与靶基因mRNA完全互补，miRNA将通过切割方式来调控靶基因；如果miRNA与靶基因mRNA不完全互补，miRNA将通过翻译抑制的方式来调控靶基因。在动物体内，大部分miRNA不能与靶基因的mRNA完全互补，故被认为主要通过翻译抑制的方式来调控靶基因。研究表明：miRNA参与生物体内多种的调节途径，包括发育、病毒防御、造血过程、器官形成、细胞增殖和凋亡及脂肪代谢等。

2.9 piRNA

piRNA（piwi-interacting RNA）是一类长度为26~31个核苷酸（大部分集中在29~30个核苷酸）的单链小RNA，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复合物来调控基因沉默途径。对Piwi亚家族蛋白的遗传分析以及piRNA积累的时间特性研究发现，piRNA复合物在配子发生、维持生殖系和干细胞功能、保持mRNA的稳定性等方面发挥重要作用。

2.10重复相关siRNA

重复相关siRNA（repear-as-sociated siRNA，rasiRNA）是一类25~29个核昔酸长的小分子RNA。对果蝇卵巢的研究发现，Piwi蛋白在细胞核RNA沉默过程中通过与特定的rasiRNA相连来充当“切片机”，因此，引起的降解反应成为果蝇第三条新的基因沉默途径。

2.11引导RNA

引导RNA（guide RNA，gRNA）是引导RNA编辑的RNA分子，长度大约是60~80个核苷酸，是由单独的基因转录的具有3’寡聚U的尾巴，中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列。5’端是一个锚定序列，它同非编辑的mRNA序列互补。在编辑时形成一个编辑体，以gRNA内部的序列作为模板进行转录物的校正。gRNA 3’端的oligo（U）尾可作为被添加的U的供体。例如，基因组编辑技术CRISPR/Cas9就是利用与目标序列互补的gRNA来引导Cas酶来定点切割DNA的。

2.12反义RNA

反义RNA（antisense RNA，atRNA）是指与mRNA互补的RNA分子，也包括与其他RNA互补的RNA分子。

根据反义RNA的作用机制可将其分为3类：Ⅰ类反义RNA直接作用于靶mRNA的SD序列或编码区，直接抑制翻译，或与靶mRNA结合形成双链RNA，从而被RNA酶Ⅲ降解；Ⅱ类反义RNA与mRNA的非编码区结合，引起mRNA构象变化，抑制其翻译；Ⅲ类反义RNA则直接抑制靶mRNA的转录。

——李法君.生物学教学.2017年（第42卷）第1期