miRNA

1恋博、背景介紹

小分子DNA(miRNA)是一類存在于動植物體內、大小為2l一25 nt的內源性非編碼單鏈小分子RNA私恬，對生物體轉錄后的基因表達調控起關鍵作用债沮。

1993年，首次在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現miRNA zBt_4本鸣；7年后疫衩，在果蠅中發(fā)現第2個IIliRNA如t一7。在進化中的保守性分析使科學家驚異地發(fā)現miRNA如卜7的形成至少需要有Dmsha荣德，DGCR8(Pasha)闷煤、Dicer等2種RNA酶(RNaseⅢ)的參與。Dmsha命爬，DGCR8定位于細胞核內曹傀，它能剪切miRNA前體轉錄物(研一miRNA)，從而釋放出具有發(fā)夾結構饲宛、大小為70 nt左右的pre—miRNA皆愉，后者在轉運受體Exportin一5(Exp5)的作用下被轉運至細胞質，然后被胞質中的另一種RNaseⅢ蛋白Dicer剪切艇抠，最終被船工成成熟的miRNA幕庐。

動物的miRNA位于前體mRNA的內含子中，這種安排將使mRNA基因和內含子中miRNA共同轉錄家淤。近年來异剥，發(fā)現和鑒定的miRNAs越來越多，但植物miRNAs僅占很小一部分絮重，且主要集中于擬南芥和水稻等少數模式植物中冤寿，植物miRNA的靶基因大多編碼轉錄因子歹苦，與植物的生長、發(fā)育密切相關督怜；而在動物和人中發(fā)現大量miR—NA殴瘦，已證實在動物的生長、發(fā)育和疾病發(fā)生等過程中起重要作用号杠。

2蚪腋、miRNA的生物功能

真核生物

miRNA在調節(jié)植物對環(huán)境脅迫如干旱、鹽害和養(yǎng)分的脅迫反應等方面起著重要的作用姨蟋。成熟的miRNA先與一種稱為RNA誘導沉默復合體(RNA—indlIced silencing complex屉凯，R1SC)的復合物結合，再特異性地與目標mRNA結合眼溶，引起靶mRNA的降解悠砚。由于植物miRNA與其靶mRNA具有很高的堿基互補性，因而植物miRNA的作用方式可能更像小分子RNA干涉(smallinte如而ng RNA堂飞，siRNA).與植物相反哩簿，在動物細胞中大多數miRNA與其靶mRNA并不完全互補，miRNA則通過與對應mRNA的3’端非翻譯區(qū)(3’UTR)結合阻止轉錄后的翻譯酝静，從而起到調節(jié)基因表達的作用节榜。

在人類miRNA的研究中，Calin等發(fā)現約有50％的miRNAs基因位于與腫瘤相關的染色體區(qū)域內别智，如染色體發(fā)生雜合性缺失的區(qū)域宗苍、發(fā)生重排和擴增及斷裂點的區(qū)域等，提示miRNA基因的表達可能與腫瘤發(fā)生相關薄榛。此外讳窟，已有研究表明，miRNA對細胞的增殖敞恋、分化丽啡、凋亡和癌癥發(fā)生有重要的調控作用，其在正常組織和腫瘤組織中的表達有著顯著差異硬猫，有些miRNA會在腫瘤組織中有低表達补箍，有些則在腫瘤組織中有高表達，這說明miRNA在腫瘤發(fā)生過程中起了至關重要的作用啸蜜。

原核生物

miRNA除了在多細胞生物中發(fā)揮重要的調節(jié)作用外坑雅，還廣泛存在于單細胞生物中。單細胞生物中的miRNA衬横，都可在體內和體外對靶標mRNA進行切割裹粤，這與植物中發(fā)現的miRNA一致，但與多細胞生物中的miRNA具有顯著差異蜂林，這提示miRNA通路形成于這兩條進化支系分離之前遥诉，而且單細胞生物中的miRNA是獨立進化而來近年來的研究表明拇泣，一些病毒也編碼大量的miRNAs，它們在病毒的復制和感染過程中發(fā)揮著至關重要的作用矮锈。

3挫酿、miRNA的預測與鑒定

自從第一個miRNA發(fā)現以來，已經冉現了多種鑒定愕难、預測、分析miRNA的方法惫霸，這些方法各有優(yōu)缺點猫缭，主要有以下幾種方法。

（1）cDNA文庫法

該方法是首先從細胞組織中提取總RNA壹店，用聚丙烯酰胺凝膠進行電泳猜丹，回收大小為20～25個核苷酸的RNA分子，利用T4連接酶硅卢，直接將人工合成的3’和5’接頭連接到RNA上射窒，經PCR反轉錄擴增這些序列，建立miRNAs的cDNA文庫将塑，進行克隆脉顿、測序，然后用生物信息學軟件定位其在基因組中的位置点寥，并驗證是否具有發(fā)夾結構的前體和該發(fā)夾結構在其它物種中的保守性艾疟，最后將具有發(fā)夾結構的小分子RNA進行Northem雜交等來檢測其表達情況，將符合miRNA標準的小分子RNA鑒定為新的miRNA敢辩。

(2)生物信息學分析

由于大部分成熟的miRNAs序列是高度保守的蔽莱，所以可以通過表達序列標簽(EsT)和基因組序列(CSS)的生物信息學比對，來搜索或預測在其他生物中的未知miRNAs戚长，再根據miRNAs與靶基因mRNAs完全或部分互補的特性預測其靶基因盗冷。

lncRNA

1、背景介紹

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA同廉，lncRNA）是指長度大于200 個核苷酸的不參與蛋白質編碼過程的DNA 轉錄產物仪糖。近年來，這類lncRNA 在表觀遺傳迫肖、轉錄及轉錄后水平上調控基因表達方面的研究比較廣泛乓诽，已獲得較為深刻的認知。最近人們認識到lncRNA 在許多的生理咒程、病理途徑中發(fā)揮著一定的作用鸠天，比如干細胞全能性、神經生長分化與腫瘤發(fā)生等帐姻。

2稠集、生物功能

LncRNA 起初被認為是沒有功能的轉錄垃圾奶段。在經過大量研究論證后，大多數的lncRNA 被確定是轉錄和翻譯過程中的關鍵調控因子剥纷，在細胞正常功能發(fā)揮中有著重要的影響痹籍。比如染色質重塑、轉錄及轉錄后調控晦鞋、細胞內物質運輸蹲缠、細胞核亞結構形成、干細胞多能性悠垛、體細胞重編程线定、發(fā)育調控、疾病發(fā)生等确买。在發(fā)揮這些功能時斤讥，lncRNA 通過不同的作用途徑及方式實現基因表達的調控。包括順式調節(jié)與反式調節(jié)方式湾趾。另外芭商，lncRNA 可以借助蛋白質與microRNA 網絡這兩種不同途徑來發(fā)揮具體的作用。

3搀缠、預測

基于RNA-Seq的lncRNA預測流程

4铛楣、 IncRNA 與表觀遺傳的關系

染色質是細胞核的主要組分，由DNA 和蛋白質組成艺普。染色質在DNA 的包裝蛉艾、復制和基因表達中發(fā)揮著重要的作用。一般認為衷敌，表觀遺傳控制機制是在染色質水平的調節(jié)勿侯，是DNA 的序列不發(fā)生改變，而基因表達卻發(fā)生變化的遺傳機制缴罗，表現在兩代不同個體擁有相同的基因組DNA 序列但卻發(fā)生了可遺傳的變異助琐。目前關于其調控機制的研究集中在DNA 的共價修飾（如甲基化）、組蛋白修飾面氓、染色質重塑兵钮、非編碼RNA 等。

5舌界、其他相關

探究蛋白質和lncRNA的互作

lncRNA研究的新思路

lncRNA研究利器之"TANRIC"：一個探索癌癥中

lncRNA功能的交互式開放平臺

lncRNA常用的研究策略掘譬，你造嗎？

circRNA

1呻拌、背景介紹

環(huán)狀RNA（Circular RNA葱轩，circRNA）是一類具有閉合環(huán)狀結構的內源性非編碼RNA（noncoding RNA，ncRNA），主要由前體RNA（pre-mRNA）通過可變剪切加工產生靴拱，circRNA 廣泛存在于所有真核生物中垃喊，并且非常穩(wěn)定。目前袜炕，circRNA 的研究已經成為了RNA 研究領域的新熱點本谜，研究發(fā)現circRNA 在轉錄本中占有相當大的比例，有的表達豐度甚至顯著高于其他轉錄本偎窘。

同時乌助，circRNA 對基因的表達有重要調控作用，在生物的發(fā)育進程中發(fā)揮了重要的生物學功能陌知，如充當miRNA 海綿他托、作為內源性RNA 以及生物標記物，在疾病的診斷與治療中也發(fā)揮重要作用纵诞。研究發(fā)現circRNA 在一些疾病的發(fā)生中扮演了重要角色，包括動脈硬化培遵、神經系統(tǒng)紊亂浙芙、糖尿病和癌癥的發(fā)生。

2籽腕、環(huán)狀RNA 的特征

目前已鑒定的circRNA 主要有以下特征：

circRNA 存在于多種真核生物中嗡呼，在同種生物的不同組織中也廣泛存在。它們在人體細胞中廣泛表達皇耗，有些circRNA 的表達水平甚至超過其線性異構體10 倍之多南窗。多數具有高度保守序列，僅少數在進化上不保守郎楼；大多數定位于細胞質中万伤，少數定位于細胞核內；

多由一個或多個外顯子形成呜袁，少數來源于內含子或內含子片段敌买；大部分是非編碼RNA（noncoding RNA，ncRNA）阶界；

circRNA 呈閉合環(huán)狀結構虹钮，不具有像線性RNA 的5' 和3' 游離末端，不易被RNA核糖核酸酶R（Ribonuclease R膘融，RNase R）分解芙粱，與線性RNA 相比更穩(wěn)定。環(huán)狀RNA 的半衰期一般超過48 h氧映，可利用RNase R 消化其他RNA春畔，提純circRNA。因此RNase R 的處理對circRNA 起富集作用，并成為判定RNA 是否成環(huán)的一個重要條件拐迁。

部分circRNA 擁有miRNA 應答元件（miRNA response element蹭劈，MRE）， 具有miRNAsponge 功能线召，與miRNA 相互作用铺韧，調控靶基因的表達；

大多數circRNA 能在轉錄或轉錄后水平發(fā)揮調控作用缓淹，少數能在轉錄水平發(fā)揮作用哈打。 環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）呈閉合環(huán)狀讯壶，是一類不具有5' 末端帽子和3' 末端尾巴的特殊內源性非編碼RNA料仗，主要由外顯子轉錄產物組成，是目前RNA 研究領域的新熱點伏蚊。

circRNA 普遍存在于人立轧、鼠、線蟲躏吊、獼猴氛改、果蠅、槍棘魚等各類動物體內比伏。

研究發(fā)現circRNA 在轉錄本中實際上所占比例相當大胜卤，一些基因的circRNA 表達量至少是其線性轉錄本的10 倍。

3赁项、預測和分析

漫話circRNA

如何做circRNA的表達和功能驗證葛躏？

circRNA分析工具集-CIRCexplorer介紹

4、研究熱點

circRNA 的研究還剛剛興起悠菜，但其重要性引起了國際上學者的高度重視舰攒，并逐漸揭開circRNA 的面紗。circRNA 的廣泛性悔醋，保守性及組織特異性等特質芒率，都預示著它可能成為一種新型的生物標志物。

circRNA 參與了生物的生長發(fā)育篙顺、衰老偶芍、疾病等多種生命活動過程，在轉錄后水平具有調控基因表達的重要功能德玫。對circRNA 進行研究具有重要意義：circRNA 獨具的競爭性內源（ceRNA）特征可為藥物開發(fā)提供新的思路匪蟀；circRNA 的組織特異性和穩(wěn)定性有可能使circRNA 成為一種良好的生物標志物；circRNA 的研究為生命的進化提供新的研究方向宰僧。目前在畜禽上關于circRNA 鑒定及功能研究報道寥寥無幾材彪。

circRNA 的世界仍有許多未知等待我們去探索。隨著分子生物學技術的不斷進步，相信在未來幾年段化，會有大量的circRNA 及其功能在疾病嘁捷、動植物中的表達與生物學作用被研究者發(fā)現。

piRNA

1显熏、背景介紹

piRNA(PIWI-interacting RNA)是一類可在生殖細胞中大量表達雄嚣，并與PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA( non-coding RNA,ncRNA)，通過沉默轉座元件和調控編碼mRNA維持動物基因組穩(wěn)定喘蟆，在生殖細胞發(fā)育分化過程中發(fā)揮重要作用同時缓升，piRNA的異常表達與腫瘤的關系密切。本文對piRNAs的發(fā)生通路蕴轨、調控方式港谊、生物學功能及其在癌癥中的研究進展進行論述，為精準醫(yī)療的發(fā)展及動物雜交后代雄性不育的研究提供新的視角橙弱。

2歧寺、發(fā)現

Aravin 等利用MILI(PIWI2) 核糖核蛋白復合體免疫共沉淀技術在三月齡雄性C57BL/6J 小鼠睪丸中分離出核糖核酸，并利用MILI pep N2 的抗體進行親

和純化棘脐，克隆測序發(fā)現了長度在26 ～ 28nt 和30nt 左右的小RNA斜筐，進一步序列分析發(fā)現這一類小RNA 長度在18 ～ 26 nt 和24 ～ 33 nt 之間， 其中大部分為MILI interacting RNA 和 5` 端尿嘧啶親和RNA荆残，基因組聚類分析表明絕大部分MILI interacting RNA 序列來自基因同一區(qū)域奴艾，由于與這些小RNA 作用的Mili 蛋白屬于PIWI(P-element induced wimpy testis) 蛋白家族成員净当，故將該小RNA 類群命名為PIWI-interacting RNA 即piRNA内斯。

3、piRNA的生成途徑

研究表明像啼，包括小鼠俘闯、果蠅在內大多數動物的piRNA 都具有初級合成和次級合成兩種途徑，且兩種途徑共同作用忽冻，在不同的調控模式中具有重要的功能體現真朗。

4、piRNA的生物學功能

（1） 轉座子的轉錄后水平沉默

轉座子作為一種具有自私性的個體遺傳元件僧诚，其引起的轉座突變對于生物個體仍具有一定威脅遮婶，但包括某些軟體動物在內的許多物種均存在生殖特異性

piRNA 在轉錄后水平沉默轉座子機制，維持了生殖細胞穩(wěn)定性和完整性湖笨。

（2）piRNA對mRNA的調控

piRNA 除對轉座子活性具有明顯影響外旗扑，對生殖細胞的形成也具有顯著調控作用，主要體現在對編碼蛋白mRNA 的調節(jié)作用上慈省。