RNA的種類與特點詳細介紹
2024-10-22 10:18 作者：洛辰 來源：上海遠慕生物試劑
RNA聚合酶從功能上用于蛋白質編碼（信使RNA，mRNA）或非編碼（RNA基因）的DNA合成RNA。
RNA有哪些類型？
RNA聚合酶從功能上用于蛋白質編碼（信使RNA，mRNA）或非編碼（RNA基因）的DNA合成RNA。由于這些功能，RNA分子具有以下類型：
信使 RNA (mRNA) –將信息從 DNA 傳送到細胞中的核糖體（蛋白質合成部位）的 RNA。mRNA 編碼序列決定了產生的蛋白質中的氨基酸序列。
核糖體 RNA (rRNA) – 它結合到核糖體中。
轉移 RNA (tRNA) – 用于在翻譯過程中將特定氨基酸轉移到蛋白質合成核糖體位點的生長多肽鏈。
除了常見的mRNA,rRNA,tRNA外還有 小分子 RNA (snRNA&scRNA)，microRNA (miRNA)，小核仁 RNA (snoRNA)， 長鏈非編碼 RNA (lncRNA)，端粒酶RNA，催化 RNA（核酶），環狀RNA（circRNA）等等，那么這些RNA有什么特點呢？下面我們逐個進行介紹。
1.小分子 RNA (snRNA&scRNA)
存在于真核生物細胞核和細胞質中，它們的長度為100到300個堿基(酵母中最長的約1000個堿基)。多的每個細胞中可含有105 ～106 個這種RNA分子，少的則不可直接檢測到, 它們由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成, 其中某些像mRNA一樣可被加帽。主要有兩種類型的小分子RNA：一類是snRNA(small nuclear RNA),存在于細胞核中；另一類是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于細胞質中。小分子RNA通常與蛋白質組成復合物，在細胞的生命活動中起重要的作用。
（1）snRNA：
snRNA (smallnuclearRNA，小核RNA）。它是真核生物轉錄后加工過程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分。發現有五種snRNA，其長度在哺乳動物中約為100～215個核苷酸。snRNA一直存在于細胞核中，與40種左右的核內蛋白質共同組成RNA剪接體，在RNA轉錄后加工中起重要作用。某些snRNPs和剪接作用密切相關，它們分別與供體和受體剪接位點以及分支順序相互補。
其中位于核仁內的snRNA稱為核小體RNA（small uncleolar RNA），參與rRNA前體的加工及核糖體亞基的組裝。
（2）scRNA：
scRNA（small cytoplasmic RNA，細胞質小RNA）主要位于細胞質內，種類較多，參與蛋白質的合成和運輸。SRP顆粒就是一種由一個7SRNA和六種蛋白質組成的核糖核蛋白體顆粒，主要功能是識別信號肽，并將核糖體引導到內質網。
2.microRNA (miRNA) ——它們用于調節基因活性；它們是調節信使 RNA (mRNA) 分子表達的微小（約 22 個核苷酸）RNA 分子。
MicroRNA是一種小的非編碼RNA，是單鏈的，含有22個核苷酸。它的大小估計與 siRNA 的大小相同。
它存在于植物、所有動物和一些病毒中，主要作用于 RNA 沉默和轉錄后基因表達調控。
人類產生大約 1000 個 miRNA。
這些 miRNA 在基因組中由獨立基因或它們調節 mRNA 的基因內含子部分編碼。
它們在這些細胞類型分化期間的特定時間在某些細胞類型中表達。
它們通過調節 mRNA 的表達在基因調控中的作用通過兩種方式實現：
當序列均勻匹配時破壞 mRNA，尤其是在植物中
當序列部分匹配時，通過抑制 mRNA 的翻譯。
miRNA 的這些特征作用歸因于它的兩個特征
它們的小尺寸使其很容易從它們的基因中快速轉錄
它們不需要翻譯的蛋白質元件來調節部分或均勻匹配的基因序列的 mRNA 基因表達。
哺乳動物基因表達的基因組研究表明，一種或多種 miRNA 與從 DNA 轉錄的 mRNA 結合。
單個 miRNA 可以與大約 200 個不同的 mRNA 靶標結合，這得益于 mRNA 上存在多個 miRNA 結合位點。
這允許協調的mRNA翻譯。
3.小核仁 RNA (snoRNA)
snoRNA一般指核仁小分子RNA。 核仁小RNA（small nucleolar RNA），是近來生物學研究的熱點，由內含子編碼，分布于真核生物細胞核仁的小分子非編碼RNA，具有保守的結構元件。是在細胞核仁中發現的約 60-300 個核苷酸的小 RNA，在細胞中發揮不同的功能。
通過切割 28S、18S 和 5.8S 的大 RNA 前體，在核糖體的合成中發揮作用
通過在核糖上添加甲基等基團，對 rRNA、tRNA 和 snRNA 分子中的許多核苷酸進行化學修飾。
還有助于將前 mRNA 剪接成不同形式的成熟 mRNA。
一種類型的 snoRNA 用作端粒合成的模板。
在脊椎動物中，snoRNA 是由在轉錄過程中去除的內含子制成的。
4.長鏈非編碼 RNA (lncRNA)
lncrna（Longnon-coding RNA，lncRNA）即長鏈非編碼RNA，是長度大于200個核苷酸的非編碼RNA。研究表明它在劑量補償效應（Dosage compensation effect）、表觀遺傳調控、細胞周期調控和細胞分化調控等眾多生命活動中發揮重要作用，成為遺傳學研究熱點。
人類基因組中有約30億個堿基，大約只有2%可以編碼蛋白（coding region），剩下大多數都被轉錄成了RNA，這都是由于過分活躍的聚合酶而造成的非特異性轉錄嗎？基因組技術的發展使得我們對基因組的理解有了很大的進步，細胞中大量的非編碼RNA被發現，并由此產生了一個新領域——RNA組學。非編碼RNA雖然不編碼蛋白質，但是以調控分子等多種身份參與了重大生命活動的各個層次。
細胞中存在大量的長度大于200個核苷酸的非編碼lncRNA，它們不是基因組的非特異性轉錄，而是成千上萬功能轉錄本的表達。lncRNA除了與蛋白質編碼mRNA有許多共同特征，也有一些獨特的屬性，例如像海綿或其他RNA分子的誘餌，通過與剪接因子的相互作用改變mRNA剪接，通過染色質重塑蛋白來調節表觀遺傳狀態，促進或阻斷轉錄因子影響基因表達。它幫助我們了解細胞發育和分化，進行表觀遺傳調控，研究疾病致病過程。特別是最近研究表明絕大多數lncRNA在特異腫瘤中異常表達，可能作為腫瘤診斷和治療的重要生物學標記，迅速激起了lncRNA研究的熱潮。
這是一組異質的非編碼轉錄 RNA，大小為 200 個核苷酸。
它們是最大的哺乳動物非編碼轉錄組。據估計，人類基因組中編碼了 8000 個 lncRNA。
lncRNA的主要功能仍然未知，然而，一些科學證據表明它在基因調控和生理機制參與中的作用。它在基因調控機制中的一些已知功能包括：
拼接 翻譯 壓印 轉錄
一種稱為 XIST-RNA 的 lncRNA 使雌性脊椎動物的兩條 X 染色體中的一條失活
它們通過循環使基因的增強子和啟動子區域靠近在一起發揮作用，這有助于調節基因轉錄。
5.核酶（催化 RNA），作為酶活性 RNA 分子發揮作用。
核酶（ribozyme）是具有催化功能的RNA分子，是生物催化劑，可降解特異的mRNA序列。核酶又稱核酸類酶、酶RNA、核酶類酶RNA。大多數核酶通過催化轉磷酸酯和磷酸二酯鍵水解反應參與RNA自身剪切、加工過程。它的發現打破了酶是蛋白質的傳統觀念。
核酶的具體作用主要有：
核苷酸轉移作用。
水解反應，即磷酸二酯酶作用。
磷酸轉移反應，類似磷酸轉移酶作用。
脫磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。
RNA內切反應，即RNA限制性內切酶作用。核酸內切酶可以催化水解多核苷酸內部的磷酸二酯鍵。
6.端粒酶RNA端粒酶RNA(Telomerase RNA Component，TERC），是真核生物細胞中發現的一種非編碼RNA。TERC是端粒酶的一部分，在端粒延伸過程中，TERC作為端粒繼續延伸的模板，由端粒酶催化實現端粒的延長。
端粒酶是一種核糖核蛋白聚合酶，其通過向端粒末端添加端粒重復序列TTAGGG維持端粒的長度。該酶由一個具有反轉錄功能的蛋白分子(TERT)和TERC組成。端粒酶參與細胞衰老調控。在真核生物出生后的正常體細胞中，端粒酶處于抑制狀態。染色體復制過程中，由于模板DNA起始端被RNA引物先占據，新生鏈隨之延伸。引物RNA脫落后，其空缺處的模板DNA無法再度復制成雙鏈。因此，每復制一次，末端DNA就縮短若干個端粒重復序列，即出現真核細胞分裂中的“末端復制問題”染色體每復制一次，端粒即發生縮短。一旦端粒消耗殆盡，細胞將會立即激活凋亡機制，即細胞走向凋亡。端粒酶表達的失調，將導致腫瘤的發生。
6.環狀RNA（circRNA）
最早在細菌中發現的環狀DNA，也就是大名鼎鼎的質粒，已經成為生物學的重要研究工具，構建質粒也是生物汪的科研基本功。
環形RNA分子最近數年才引起研究人員注意，而此前的研究主要集中于線形RNA分子。單革教授實驗室發現的新型環狀非編碼RNA，被命名為外顯子-內含子環形RNA。在論文中，他們還對這類新型環狀非編碼RNA為何會成為環形而不是線形分子進行了研究，發現成環序列兩端經常會有互補的重復序列存在
1971年，研究者在馬鈴薯紡錘塊莖病的研究中，發現類病毒（Viroids）能侵染植株并致死。與病毒不同的是，類病毒沒有蛋白衣殼，基因組是單鏈閉合的RNA分子。
1979年洛克菲勒大學的Hsu和Coca-Prados在電子顯微鏡下觀察到的真核細胞質中觀測到環狀RNA的存在。
直到2012年，沒錯，又是因為基因組技術的發展，circRNA通過RNA-seq技術驗明正身，正式走進科研視界。從此，借助于這項技術，大量circRNA分子被相繼發現，Jeck 等在人類成纖維細胞中檢測出了高達 25000 多種的circRNA；而Memczak等通過RNA-seq 數據結合人白細胞數據庫鑒定出 1950種人類circRNA、1903種小鼠circRNA (其中81種與人類circRNA相同) 和724種線蟲circRNA。雖然circRNA大規模研究時間不長，但重量級文章陸續登上CNS，成為新的研究熱門。circRNA具有多種功能，例如調節親本基因的表達，作為分子海綿吸附miRNA，此外circRNA也是疾病的生物標記物。環狀RNA有較高的組織特異性，研究發現cANRIL的表達可能與INK4/ARF的轉錄和心血管硬化疾病風險相關。另外，研究人員發現has_circ_002059在胃癌中表達下調，是一個潛在的胃癌診斷biomarker。
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