miRNA(微小核糖核酸)、lncRNA(长链非编码RNA)和circRNA(环状RNA)都是非编码RNA(non-coding RNA)的重要类型,它们在细胞中发挥着不同的调控作用。本文将对三种RNA的详细解读。
miRNA(微小核糖核酸)
定义与特征
miRNA是一类小的单链RNA分子,长度约为20~25个核苷酸(也有说法为19~23个或21~23个核苷酸,且3’端可有1~2个碱基长度的变化)。它们由一段具有发夹结构的单链RNA前体经过一系列酶切加工后形成,广泛存在于真核生物中,从低等生物到人类都有其存在的痕迹。具有高度保守性、时序表达特异性和组织表达特异性。
功能与作用机制
miRNA通过与靶mRNA的3’非翻译区(3’UTR)特异结合,抑制靶mRNA的翻译或促进其降解,从而调控基因的表达。每个miRNA可以有多个靶基因,而几个miRNA也可以调节同一个基因,形成复杂的调控网络。参与细胞增殖、细胞死亡、细胞发育和分化、病毒感染、造血、肿瘤发生等多种生物过程。
lncRNA(长链非编码RNA)
定义与特征
lncRNA是长度大于200个核苷酸的非编码RNA分子。它们在细胞中广泛存在,多数于细胞核、细胞浆内被发现。相较于mRNA,lncRNA的保守性较低,但具有时空表达特异性。
功能与作用机制
lncRNA的作用机制多样。在细胞核内,lncRNA可以与DNA、RNA或蛋白质相互作用,例如通过招募染色质修饰复合物到特定基因位点,影响基因的转录;在细胞质中,lncRNA可作为miRNA的海绵,吸附miRNA,从而间接调控mRNA的表达水平。
lncRNA在基因表达调控、染色体修饰、细胞周期调控等方面发挥重要作用。在发育生物学中,lncRNA参与胚胎发育的各个阶段,包括胚胎干细胞的分化、神经发育等过程。在疾病领域,lncRNA与心血管疾病、神经系统疾病以及肿瘤等多种疾病的发生机制紧密相连。
circRNA(环状RNA)
定义与特征
circRNA是一类呈环状结构的非编码RNA,其独特之处在于没有5'端帽子和3'端 poly(A)尾巴,这种环状结构使它比线性RNA更加稳定。circRNA由前体mRNA通过反向剪接形成。
circRNA是一类特殊的非编码RNA分子,呈闭合环状结构,主要位于细胞质或储存于外泌体中。表达稳定,不易降解,广泛地存在于真核生物体内。
功能与作用机制
circRNA富含miRNA应答原件(MREs),在细胞中起到miRNA海绵的作用,阻断miRNA对其靶基因的抑制作用,从而升高靶基因的表达水平。
还可以通过与mRNA调节的结合蛋白(RBP)结合,改变剪接模式或mRNA稳定性。
部分circRNA可被核糖体翻译并编码多肽,进而行使调控功能。
miRNA、lncRNA、circRNA三者间的联系
lncRNA和circRNA可以作为miRNA的“海绵”,吸附并结合大量的miRNA,从而解除miRNA对靶基因的抑制作用,升高靶基因的表达水平。这种机制被称为竞争性内源RNA(ceRNA)机制。miRNA则是这一机制中的关联节点,它的靶构成了ceRNA,共同组合成ceRNA网络。
ceRNA 调控网络
相互调控:
miRNA、lncRNA和circRNA之间可以相互调控。例如,miRNA可以通过与lncRNA或circRNA的结合来影响其表达水平;同时,lncRNA和circRNA也可以通过竞争性地结合miRNA来调控彼此的表达。
共同参与生物过程:
这三种RNA都广泛参与细胞内的各种生物过程,如细胞增殖、分化、凋亡以及疾病的发生和发展等。它们通过复杂的调控网络共同维持细胞内的稳态和平衡。