非编码RNA及其调控功能

基因组中很大一部分被转录成从未翻译成蛋白质的RNA。这些非编码RNA——从小分子microRNA和短干扰RNA到长非编码RNA——直接充当调控因子，指导信息沉默，塑造染色质，并作为分子复合物的支架。它们的发现将RNA重新定义为基因调控的介质，而不仅仅是中间产物。

Definition

非编码RNA是未翻译成蛋白质，而是执行结构、催化或——此处核心——调控功能的RNA分子，包括指导序列特异性基因沉默的小分子RNA和调控转录及染色质的长非编码RNA。

Scope

本主题涵盖了主要的调控性非编码RNA类别、小分子RNA通过RNA干扰和microRNA通路沉默基因表达的机制，以及长非编码RNA的多种作用。它将这些视为RNA生物学中的调控机制，属于参考教育性质，而非临床指导。

Core questions

• 哪些类别的非编码RNA调控基因表达，它们之间有何不同？
• 小分子RNA如何通过RNA干扰和microRNA通路实现序列特异性沉默？
• 长非编码RNA如何影响转录、染色质和分子复合物？
• 调控性RNA的发现如何改变了对基因组的看法？

Key concepts

• 微RNA (miRNA)
• 小干扰RNA (siRNA)
• RNA干扰和沉默复合物
• 长非编码RNA (lncRNA)
• 序列特异性基因沉默
• 作为支架和向导的RNA
• 竞争性内源RNA / microRNA海绵

Key theories

RNA干扰

双链RNA被加工成短的引导分子，指导互补转录本的序列特异性沉默；识别启动这一过程的核糖核酸酶有助于定义microRNA和短干扰RNA共享的保守小分子RNA沉默通路。

Mechanisms

当较长的双链或发夹前体被核糖核酸酶切割成短双链体时，会生成小的调控性RNA；其中一条链被加载到效应复合物中，该复合物利用碱基配对识别互补的靶mRNA，并指导其裂解或翻译抑制。这种RNA干扰逻辑被短干扰RNA和microRNA共享，后者在基因组中编码，以调节许多靶基因的表达。长非编码RNA通过更广泛的机制发挥作用——折叠成募集染色质修饰物的结构，引导蛋白质到特定的基因组位点，或充当支架和诱饵——从而使RNA直接参与调控转录和基因组组织。这些RNA共同表明，基因组的大部分调控输出是RNA而非蛋白质。

Clinical relevance

非编码RNA被研究作为生物标志物、治疗靶点或治疗剂，RNA干扰通路是基因沉默药物的基础。本条目旨在提供教育背景，不作为个体诊断或治疗的依据。

History

在蠕虫中发现小分子调控性RNA，并证明双链RNA能触发有效的序列特异性沉默（RNA干扰），开启了一个领域，该领域随后扩展到包括microRNA、短干扰RNA和大量的长非编码RNA。在接下来的几十年里，这场“非编码RNA革命”颠覆了调控主要由蛋白质执行的假设。

Debates

其他RNA对microRNA的海绵作用有多普遍和功能性？

一些长非编码RNA和环状RNA被认为充当竞争性内源RNA，可隔离microRNA，但这种“海绵”效应在内源表达水平下的生理学意义仍存在争议。

Key figures

• Victor Ambros
• Gary Ruvkun
• Andrew Fire
• Craig Mello
• Gregory Hannon

Seminal works

• bernstein-2001
• carthew-2009
• cech-2014

Frequently asked questions

如果非编码RNA不被翻译，它们有什么作用？

它们充当调控因子和结构或催化分子——例如，小分子RNA通过RNA干扰沉默特定信息，长非编码RNA有助于控制转录和染色质。

microRNA和短干扰RNA有什么区别？

两者都是通过相同的核心机制引导沉默的短RNA；microRNA在基因组中编码以调节许多内源基因，而短干扰RNA通常来源于较长的双链RNA并沉默高度互补的靶标。