非编码RNA的分类及其功能总结

1. 非编码RNA的分类及概念 1.1 分类

非编码RNA(non-coding RNA)是指转录组中不翻译为蛋白质的RNA分子。 包括相对分子量较小的 核内小分子RNA(small nuclear RNA，snRNA)、

核仁小分子RNA(small nucleolar RNAs，snoRNA)、 微RNA(microRNA，miRNA)、 piwi-interacting RNA(piRNA)

干扰小RNA（Small interfering RNA，siRNA）

以及相对分子量较大的 长非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)等。 1.2 概念：

snRNA：核内小分子RNA(small nuclear RNA)，它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接

体（spliceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。

snoRNA：核仁小分子RNA（small nucleolar RNAs），它在核糖体RNA 的生物合成中发挥

作用，另外还能够指导snRNA、tRNA 和mRNA 的转录后修饰。

miRNAs：微小RNA（microRNAs），是一类由内源基因编码的长度约为22 个核苷酸的非编

码单链RNA 分子，通过与靶标mRNA的3' 端非翻译区(3'-untranslated region，3'-UTR)特异性结合，从而引起靶标mRNA分子的降解或翻译抑制，在动植物中参与转录后基因表达调控。

piRNAs（Piwi-interactingRNA）：piRNA基因是一类长度为24?32 nt的的单链小RNA，有

很强的正义链和反义链专一性，其5' 端第一个核苷酸有尿嘧啶倾向性，3' 端被2'-O-甲基化修饰，这类末端修饰可防止成熟体piRNA基因降解.piRNA主要与PIWI亚家族成员Piwi蛋白或AGO3蛋白质结合而发挥作用。

siRNA ：干扰小RNA（Small interfering RNA），是一种小RNA分子，由Dicer酶加工而成。

双链RNA经酶切后会形成很多小片段，siRNA是siRISC的主要成员，激发与之互补的目标mRNA的沉默。

lncRNA：长链非编码RNA（Long non-coding RNA），lncRNA是长度大于 200 个核苷酸的

非编码 RNA。研究表明， lncRNA 在剂量补偿效应、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用，成为遗传学研究热点。

miRNA和siRNA的区别主要有两点：（1）miRNA是内源性的，是生物体基因的表达产物；siRNA是外源性的，来源于病毒感染、转座子或转基因靶点。（2）miRNA是由不完

整的发卡状双链RNA，经Drosha和Dicer酶加工而成；siRNA是由完全互补的长双链RNA，经Dicer酶剪切而成。

图：莫小燕等，非编码RNA在肿瘤细胞糖代谢中的调控作用

1.3 siRNA、miRNA及piRNA的生物合成

[3]

a： (人类)siRNA来源于长的双链RNA分子,经Dicer酶剪切为21-25nt的双链RNA片段，Dicer酶和dsRNA结合蛋白将siRNA二聚体装载至Argonaute 蛋白（AGO2）而发挥作用；b：(人类)miRNA由内源性的生物体基因产生含有发卡结构的65-70nt 长的pri-miRNA，该发卡结构在细胞核内经Drosha-DGCR8复合物加工产生pre-miRNA。在细胞浆内， pre-miRNA进一步经Dicer酶剪切为miRNA-miRNA*二聚体（其中miRNA为引导链，miRNA* 为信息链），装载至Argonaute 蛋白1(AGO1) 而发挥作用。c：(鼠类) piRNA 的生物合成尚不清楚。piRNA来源于单链RNA 前体，而且不依赖于Dicer酶。产生的初级正义piRNA倾向于与 MILI结合，在出生前的睾丸、MILI 和MIWI2 均参与复制周期，在次级反义piRNA中MIWI2 比MILI 更为丰富，次级反义piRNA可能直接裂解转座子mRNA。

图：于红，表观遗传学:生物细胞非编码RNA调控的研究进展

2、MicroRNA的功能

2.1 miRNA参与细胞自噬调控[1]。

在自噬的启动(induction)、囊泡成核(vesicle nucleation)、囊泡延伸(vesicle elongation)、自噬回收(Retrieval)与囊泡融合(fusion)等几个阶段中均参与调控。此外，miRNA也可通过其他方式调节细胞自噬。直接调控，直接作用的位点目前发现有:对STMN1基因（该基因编码的Stathmin蛋白被发现参与自噬调控）， DRAM2 ，IRGM，线粒体自噬受体FUNDC1和NIX等。间接调控，即通过对细胞分子通路中重要的调控性蛋白进行调控，从而间接地调控自噬的过程。调控靶点有：SMAD4，FOXO3，ATM，RUNX3，p53；EZH2，PI3K/AKT通路，hnRNP A1，EGFR等。

图：陈月琴等，非编码RNA与细胞自噬调控

2.2 参与表观遗传调控[3]

miRNA可通过调控组蛋白修饰引起染色质重塑。即miRNA可通过调控组蛋白的修饰而参与TGS。miRNA还可通过调控DNA甲基化酶的表达而影响DNA甲基化参与TGS。 2.3 在肿瘤中的调节机制[4] 2.3.1 对致癌基因的调节。

在肿瘤细胞中表达水平升高的miRNA被认为是致癌基因，通过抑制抑癌基因和（或）抑制控制细胞分化和凋亡的基因来促进肿瘤进展。首先，miR-17-92群簇被认为在肿瘤细胞调节中起重要作用，miR-17-92群簇可能通过调节两个抑癌基因---PTEN和视网膜母细胞瘤基因（RB）家族的成员甙Rb2/ p130的基因促进肿瘤进展。PTEN通过PI3K-AKT / PKB通路促进凋亡。其次，miR-17-92群簇对细胞周期和增殖的作用部分是通过对E2F转录因子基因调节实现。最后，miR-17-92群簇通过ARF-p53基因通路抑制细胞凋亡，进而促进肿瘤的发展。此外，miR-372和miR-373是另外两个致癌的miRNA，通过直接抑制抑癌基因LATS2的表达来解除的p53介导的对细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK）的抑制，进而促进细胞增

殖和肿瘤进展。人类睾丸生殖细胞肿瘤的发生中涉及这一机制。 2.3.2对抑癌基因的调节。

在肿瘤细胞中表达水平降低的miRNA的被认为是抑癌基因，通过抑制致癌基因和（或）抑制控制细胞分化和增殖的基因来抑制肿瘤进展。let-7的家族的miRNA的在许多肿瘤中表达下调，其作用的靶基因可能是RAS致癌基因，包括肺癌和乳腺癌.miR-29家族成员通过靶向结合抗凋亡蛋白基因MCL1和致癌基因TCL1表现出抑癌作用。此外，在白血病患者、垂体腺瘤患者中miR-15和miR-1均表现出表达的抑制。 2.4 参与糖代谢的调控[6]

2.4.1 miRNA通过调控己糖激酶基因表达影响肿瘤细胞的糖代谢。乳腺癌细胞中白介素-6（IL-6）和miR-155均可通过上调hk2基因表达来促进糖酵解。而miR-125a/ b和miR-143是hk2的反向调节者。

2.4.2 miRNA通过调控磷酸果糖激酶基因表达影响肿瘤细胞的糖代谢。人肺腺癌中肌型磷酸果糖激酶（PFKM）和糖酵解均上调，而miR-320a可以下调PFKM表达。研究发现，另一种miRNA----miR-520s可以下调PFKP表达。这说明有多种miRNA可以通过调节磷酸果糖激酶来调控肿瘤细胞的糖代谢。

2.4.3 miRNA通过调控丙酮酸激酶基因表达影响肿瘤细胞的糖代谢。研究发现， PKM2 mRNA是miR-122的直接作用靶点，而miR-122通过调节PKM2的量来调控肿瘤细胞的糖代谢。

3. siRNA参与表观遗传调控[3]

siRNA 能在哺乳动物细胞中介导 DNA 甲基化和组蛋白修饰，从而导致转录基因沉默（TGS）。目前研究表明：Argonautes 蛋白家族 (AGO1 及 AGO2 )，DNMT 3a，组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase-1, HDAC-1）和/或 Polycomb 蛋白家族 ( Polycomb group, PcG )的 EZH2 ( Enhancer of zeste homolog 2 ) 参与了siRNA 诱导的 TGS。AGO 在 TGS 中的作用早于靶标启动子的组蛋白甲基化，当靶标沉默态组蛋白修饰 ( H3K9 甲基化 ) 增加时，AGO-1 明显减少， 证明 AGO1 及 RNAPII 对 H3K9 的双甲基化是必需的。TGS 的建立与维持需要多种不同的蛋白：通常 AGO1、DNMT3a 及 HDAC-1 对于起始的沉默是必需的，而 DNMT1 对于维持沉默是必需的。 4. piRNA 参与表观遗传调控

哺乳动物细胞 piRNA 分为两个亚簇：一是粗线期 piRNA 簇：主要出现于减数分裂的粗线期，持续表达至单倍体精子细胞阶段，一般很少有重复片段；二是粗线前期 piRNA 簇：

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