文章來源公眾號(hào)：科研小橙子                作者：科研小橙子

我們最早認(rèn)識(shí)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(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，RNA世界遠(yuǎn)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(xì)調(diào)控生命活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。今天就讓我們一起認(rèn)識(shí)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(xì)胞核內(nèi)DNA上的蛋白質(zhì)合成指令攜帶到細(xì)胞質(zhì)的核糖體上。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯具有5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端聚腺苷酸尾巴，保護(hù)mRNA并幫助其從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)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(dǎo)氨基酸按特定順序組裝成多肽鏈。mRNA分子上的每三個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子，對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的氨基酸。

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（Transfer RNA, tRNA）是一種由76-90個(gè)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(diǎn)
🎯tRNA具有獨(dú)特的三葉草形二級(jí)結(jié)構(gòu)，并折疊成倒L形的三維結(jié)構(gòu)；
🎯每個(gè)tRNA分子理論上只能與一種氨基酸接附；
🎯tRNA分子含有較多對(duì)維系其三級(jí)結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)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(shí)別mRNA上的密碼子，將該密碼子對(duì)應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)至合成中的多肽鏈上。

核糖體RNA（Ribosomal RNA, rRNA）是細(xì)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(duì)分子質(zhì)量最大的一類。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯rRNA單獨(dú)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(jī)”；
🎯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(diǎn)，為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點(diǎn)，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(gè)核苷酸。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯miRNA在物種進(jìn)化中相當(dāng)保守，具有組織特異性和時(shí)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(jìn)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(duì)，通過“多對(duì)一”或者“一對(duì)多”的方式調(diào)控基因表達(dá)，參與生命過程。

PS：第一個(gè)被確認(rèn)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(diǎn)
🎯siRNA具有磷酸化5’末端和具有兩個(gè)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(bǔ)性，因此目標(biāo)特異性非常嚴(yán)格；
🎯原則上任何基因都可以被具有互補(bǔ)序列的合成siRNA敲低。

🚀主要功能
siRNA通過RNA干擾機(jī)制介導(dǎo)序列特異性的基因沉默。siRNA的反義鏈成為RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體的一部分，該復(fù)合體找到相應(yīng)的mRNA并在特異性位點(diǎn)將其剪切。

長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA, lncRNA）是一類長度超過200個(gè)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(dòng)物基因組中4%-9%的轉(zhuǎn)錄本為lncRNA。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯lncRNA通常較長，經(jīng)過剪接后具有polyA尾巴與啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)；
🎯lncRNAs啟動(dòng)子可以結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子；具有時(shí)間和組織表達(dá)特異性；
🎯序列上保守性低,可以通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與靶DNA、RNA序列結(jié)合，也可以折疊形成二級(jí)或三級(jí)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(bǔ)償效應(yīng)、表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞分化調(diào)控等眾多生命活動(dòng)。某些lncRNA已經(jīng)作為臨床試驗(yàn)的生物標(biāo)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(dòng)子相關(guān)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?fù)怙@子的反向剪接形成。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯circRNA主要來源于基因外顯子，以共價(jià)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(dá)更穩(wěn)定，不易降解；🎯有較強(qiáng)的組織表達(dá)特異性。

🚀主要功能
circRNA可以順式調(diào)控親本基因的表達(dá)，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(duì)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(rèn)知，證明了RNA既可以儲(chǔ)存遺傳信息，又可以催化生化反應(yīng)。

▶️結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
🎯通過催化靶位點(diǎn)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(dá)；
🎯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(dòng)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(guān)。

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(yīng)，參與核苷酸轉(zhuǎn)移、模擬磷酸二酯酶的水解反應(yīng)、磷酸轉(zhuǎn)移酶的磷酸轉(zhuǎn)移反應(yīng)、酸性磷酸酶的脫磷酸反應(yīng)以及RNA先知曉內(nèi)切反應(yīng)。

核內(nèi)小RNA（Small nuclear RNA, snRNA）是存在于細(xì)胞核內(nèi)含U豐富的長度約為100-215個(gè)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(diǎn)
🎯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(fù)合體；
🎯5’末端有一個(gè)三甲基鳥苷酸（TMG）的類似”帽“結(jié)構(gòu)；
🎯3’末端有自身抗體識(shí)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(fù)責(zé)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(xì)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(diǎn)
🎯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(fù)合體。
C/D box型：包含C（UGAUGA）和D（CUGA）框，主要結(jié)合Fibrillarin蛋白，指導(dǎo)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(dǎo)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(bǔ)序列指導(dǎo)rRNA、snRNA等的化學(xué)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(yùn)。