转录组学的非正规军——非编码RNA

中心法则（genetic central dogma）首先由弗朗西斯·克里克于1958年提出，并于1970年在《自然》上的一篇文章中重申, 是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充。

中心法则示意图

mRNA功能是在蛋白分子合成过程中，作为“信使”分子，将基因组DNA的遗传信息（即碱基排列顺序）传递至核糖体，实现遗传信息向蛋白质分子的转化。作为蛋白质合成的模板，“正规军”mRNA长期以来一直是主要的研究重点，但在RNA军团中，除了“正规军”，还有很多“非正规军”——非编码RNA（ncRNA）。长期以来ncRNA被认为是大量转录的副产物，是基因组上的“垃圾”或“暗物质”，生物学意义小，直到在1950年代发现了基因表达中的重要非编码RNA，即核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA），它们虽是非编码RNA，但在蛋白质合成过程中有极其重要的作用，1980年代发现了小核（sn）RNA，1993年和2000年在秀丽隐杆线虫中分别发现了微量RNA（miRNA），随后各种非编码RNA逐渐浮出水面。

非编码RNA（Non-coding RNA）是指不编码蛋白质的RNA，包括miRNA、lncRNA、circRNA、piRNA等。非编码RNA发挥功能的方式很多，可以与蛋白、DNA和RNA相互作用，参与多种细胞活动，主要包括基因的激活和沉默，RNA的剪接、修饰和编辑，蛋白质的翻译等。

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miRNA：miRNA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，它们在动植物中参与转录后基因表达调控。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。

miRNA成熟及作用方式

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lncRNA：lncRNA是长链非编码RNA（long non-coding RNA）的简称，是长度在200-100000 nt之间的RNA分子。大多数的lncRNAs在组织分化发育过程中，都具有明显的时空表达特异性；序列上保守性较低，只有约12%的lncRNA可在人类之外的其它生物中找到。

根据lncRNA在基因组上相对于蛋白编码基因的位置，可以将其分为启动子区（promoter associated）、内含子间（intronic）、双向（bidirectional）、正义链（sense）、反义链（antisense）、3’UTR区（3’UTR associated）、基因间（intergenic）这7种类型。这种位置关系对于推测lncRNA的功能有很大帮助。

lncRNA分类

一般来说，lncRNA主要从以下三种层面实现对基因表达的调控：

(1).表观遗传学调控：lncRNA招募染色质重构复合体到特定位点进而介导相关基因的表达沉默。

(2).转录调控：包括如下几种：1）lncRNA的转录能够干扰临近基因的表达；2）lncRNA能够通过封阻启动子区域来干扰基因的表达；3）lncRNA能够与RNA结合蛋白作用，并将其定位到基因启动子区从而调控基因的表达；4）lncRNA能够调节转录因子的活性；5）lncRNA也能够通过调节基本转录因子来实现调控基因的表达。

(3).转录后调控：lncRNA能够在转录后水平通过与mRNA形成双链的形式调控基因的表达。

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circRNA: circRNA即环形RNA（circular RNA）的简称，是一类不具有5’末端帽子和3’ 末端poly（A）尾巴、并以共价键形成环形结构的客观存在于生物体内的非编码RNA分子。

同一基因位置产生不同的环状RNA

circRNA的作用机制：

(1).miRNA分子海绵，circRNA含有大量的miRNA结合位点，具有miRNA海绵作用，进而间接调控miRNA下游靶基因的表达。

(2). 调控基因转录，circRNA也可以通过与RNA结合蛋白的结合来调控蛋白功能，比如通过与转录因子的结合来抑制基因的转录。

(3). 编码功能，circRNA虽然属于非编码RNA，但是也有少数circRNA可以编码多肽，通过该多肽行使调控功能。

伯豪可以提供的RNA测序类型

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