10種常見的RNA特點和功能解析

文章來源公眾號：科研小橙子                作者：科研小橙子

我們最早認識RNA是作為“信使”出現(xiàn)在DNA和蛋白質(zhì)之間的mRNA，以及參與蛋白翻譯過程的tRNA和rRNA。但科學家們逐漸發(fā)現(xiàn)，RNA世界遠比我們想象的豐富多彩。各種形態(tài)各異、功能不同的RNA分子，共同編織了一張精細調(diào)控生命活動的網(wǎng)絡。今天就讓我們一起認識二十多種身懷絕技的RNA分子。

信使RNA（Message RNA, mRNA）是DNA遺傳信息的傳遞者，由DNA的一條鏈作為模板轉(zhuǎn)錄而來的一類單鏈核糖核酸，將細胞核內(nèi)DNA上的蛋白質(zhì)合成指令攜帶到細胞質(zhì)的核糖體上。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯具有5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端聚腺苷酸尾巴，保護mRNA并幫助其從細胞核轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)；
🎯mRNA半壽期很短，一般為幾分鐘，而真核生物mRNA的半壽期較長。

🚀主要功能
作為蛋白質(zhì)合成的模板，在翻譯過程中指導氨基酸按特定順序組裝成多肽鏈。mRNA分子上的每三個核苷酸組成一個密碼子，對應一個特定的氨基酸。

轉(zhuǎn)運RNA（Transfer RNA, tRNA）是一種由76-90個核苷酸所組成的RNA，其3'端可以在氨酰-tRNA合成酶催化下接附特定種類的氨基酸，是蛋白質(zhì)合成過程中的適配器分子。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯tRNA具有獨特的三葉草形二級結(jié)構(gòu)，并折疊成倒L形的三維結(jié)構(gòu)；
🎯每個tRNA分子理論上只能與一種氨基酸接附；
🎯tRNA分子含有較多對維系其三級結(jié)構(gòu)和功能至關重要的修飾成。

🚀主要功能
在翻譯過程中攜帶特定的氨基酸到核糖體上，通過自身的反密碼子識別mRNA上的密碼子，將該密碼子對應的氨基酸轉(zhuǎn)運至合成中的多肽鏈上。

核糖體RNA（Ribosomal RNA, rRNA）是細胞內(nèi)含量最多的一類RNA，占RNA總量的82%左右，也是三類RNA中相對分子質(zhì)量最大的一類。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯rRNA單獨存在不執(zhí)行功能，而是與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，是蛋白質(zhì)合成的“裝配機”；
🎯原核生物的rRNA分三類：5S rRNA、16S rRNA和23S rRNA；
🎯真核生物的rRNA分四類：5S rRNA、5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA。

🚀主要功能
rRNA是核糖體的結(jié)構(gòu)和功能核心，具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性，能催化肽鍵的形成。為tRNA提供結(jié)合位點，為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點，并參與同mRNA選擇性的結(jié)合。

微小RNA（MicroRNA, miRNA）是一類真核生物內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼單鏈RNA，其大小約20-25個核苷酸。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯miRNA在物種進化中相當保守，具有組織特異性和時序性；
🎯miRNA最初產(chǎn)物為大的具有帽子結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA（300-1000 nt），經(jīng)加工后形成pre-miRNA（70-90 nt），再進Dicer酶切割后形成miRNA（20-24 nt）。

🚀主要功能
miRNA通過和靶基因mRNA堿基配對，通過“多對一”或者“一對多”的方式調(diào)控基因表達，參與生命過程。

PS：第一個被確認的miRNA是在線蟲中首次發(fā)現(xiàn)的lin-4和let-7（2002年）。

小干擾RNA（Small interfering RNA, siRNA）是一類長約20-25 nt的短雙鏈RNA分子，由雙鏈RNA（double strand RNA, dsRNA）在胞內(nèi)被RNase III（如Dicer）切割形成。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯siRNA具有磷酸化5’末端和具有兩個突出核苷酸的羥基化3’末端；
🎯siRNA通常通過在翻譯前切割mRNA而起作用，并且具有100%的互補性，因此目標特異性非常嚴格；
🎯原則上任何基因都可以被具有互補序列的合成siRNA敲低。

🚀主要功能
siRNA通過RNA干擾機制介導序列特異性的基因沉默。siRNA的反義鏈成為RNA誘導的沉默復合體的一部分，該復合體找到相應的mRNA并在特異性位點將其剪切。

長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA, lncRNA）是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，具有mRNA樣結(jié)構(gòu)但不編碼蛋白質(zhì)，哺乳動物基因組中4%-9%的轉(zhuǎn)錄本為lncRNA。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯lncRNA通常較長，經(jīng)過剪接后具有polyA尾巴與啟動子結(jié)構(gòu)；
🎯lncRNAs啟動子可以結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子；具有時間和組織表達特異性；
🎯序列上保守性低,可以通過堿基互補配對與靶DNA、RNA序列結(jié)合，也可以折疊形成二級或三級結(jié)構(gòu)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合。

🚀主要功能
lncRNA可以作為小RNA（如miRNA、piRNA）的前體分子，參與劑量補償效應、表觀遺傳調(diào)控、細胞周期調(diào)控和細胞分化調(diào)控等眾多生命活動。某些lncRNA已經(jīng)作為臨床試驗的生物標志物。

Tips：lncRNA可分為反義長鏈lncRNA（Antisense lncRNA）、內(nèi)含子lncRNA（intronic lncRNA）、lincRNA（Large intergenic lncRNA）、啟動子相關lncRNA（Promoter-associated lncRNA）以及非翻譯區(qū)lncRNA（UTR associated lncRNA）。

環(huán)狀RNA（circular RNA, circRNA）是一類不具有5′末端帽子和3′末端poly（A）尾巴的特殊的非編碼RNA分子，在mRNA前體加工過程中由于相鄰外顯子的反向剪接形成。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯circRNA主要來源于基因外顯子，以共價鍵形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；
🎯circRNA呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不受RNA外切酶影響，表達更穩(wěn)定，不易降解；🎯有較強的組織表達特異性。

🚀主要功能
circRNA可以順式調(diào)控親本基因的表達，也可以作為競爭性內(nèi)源RNA吸附miRNA，起到miRNA海綿（miRNA sponge）的作用，從而解除miRNA對靶基因的抑制作用。

催化性RNA（Ribozyme）又稱核酶，是一類具有生物催化活性的RNA分子，打破了"酶都是蛋白質(zhì)"的傳統(tǒng)認知，證明了RNA既可以儲存遺傳信息，又可以催化生化反應。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯通過催化靶位點RNA鏈中磷酸二酯鍵的斷裂，特異性地剪切底物RNA分子，從而阻斷靶基因的表達；
🎯具有穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，不易受RNA酶的攻擊；
🎯在切斷mRNA后，又可從雜交鏈上解脫下來，重新結(jié)合和切割其它的mRNA分子；

小核酶：大小約為40-154 nt，主要來源于動植物病毒的衛(wèi)星RNA，包括錘頭狀（hammerhead）核酶、發(fā)夾狀（hairpin）核酶、D型肝炎病毒（HDV）RNA、Varkud衛(wèi)星（VS）核酶和GlmS核開關。

大核酶：大小為100-10000 nt，包括I組和II組自我剪接的內(nèi)含子（Self-splicing introns）、剪接體（Spliceosome）、核糖核酸酶P和部分rRNA。

🚀主要功能
核酶能夠催化特定的生化反應，參與核苷酸轉(zhuǎn)移、模擬磷酸二酯酶的水解反應、磷酸轉(zhuǎn)移酶的磷酸轉(zhuǎn)移反應、酸性磷酸酶的脫磷酸反應以及RNA先知曉內(nèi)切反應。

核內(nèi)小RNA（Small nuclear RNA, snRNA）是存在于細胞核內(nèi)含U豐富的長度約為100-215個核苷酸的小RNA分子，是真核生物RNA剪接體的核心成分。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯snRNA富含尿嘧啶核苷酸，被稱為U系列snRNA；
🎯AAU4-5GGA是判斷RNA是否為snRNA的特征依據(jù)；
🎯snRNA穩(wěn)定性高、含量豐富、跨物種普遍性和序列高度保守；
🎯常與小核蛋白結(jié)合形成SnRNP復合體；
🎯5’末端有一個三甲基鳥苷酸（TMG）的類似”帽“結(jié)構(gòu)；
🎯3’末端有自身抗體識別的Sm蛋白（存在于所有snRNP中的通用蛋白）結(jié)合的保守序列。

🚀主要功能
參與前體mRNA的剪接過程，負責催化內(nèi)含子的切除和外顯子的連接。
Tips：snRNA可分為U1-U7七類，其中U3位于核仁，其余位于核液；
U6由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄生成，其余由RNA聚合酶II催化生成；

核仁小RNA（Small nucleolar NRA, snoRNA）是真核生物細胞核仁中60-300核苷酸長度的非編碼RNA。主要位于核仁，是一類小分子非編碼RNA。

▶️結(jié)構(gòu)特點
🎯根據(jù)保守序列可分為C/D box型、Box H/ACA型和MRP RNA三類，所有類型均通過與核蛋白（snoRNP）形成復合體。
C/D box型：包含C（UGAUGA）和D（CUGA）框，主要結(jié)合Fibrillarin蛋白，指導2'-O-核糖甲基化；
Box H/ACA型：具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)和H、ACA三核苷酸，主要結(jié)合Dyskerin蛋白，介導假尿嘧啶化；
MRP RNA：參與rRNA前體切割。

🚀主要功能
snoRNA通過反義互補序列指導rRNA、snRNA等的化學修飾（如甲基化、假尿苷化）；作為分子伴侶參與28S、18S和5.8S rRNA前體的正確折疊以及調(diào)控snRNA和tRNA的成熟過程，影響RNA剪接與轉(zhuǎn)運。