小RNA家族的研究进展

杨春雷，张伯池，杨裕

（山西省农业科学院饲料兽药研究所，山西 太原 030031）

专论与综述

小RNA家族的研究进展

杨春雷，张伯池，杨裕*

（山西省农业科学院饲料兽药研究所，山西 太原 030031）

小RNA主要可归纳为3类：微小RNA（microRNA，miRNA），小干扰RNA（short interfering RNA，siRNA）和piwi相互作用的RNA（piRNA）。miRNA和siRNA的发现改变了人们对RNA的看法，piRNA的发现更让研究人员深信小RNA发挥着重要作用。它们参与调控生物体生长发育、细胞凋亡、神经分化和免疫等重要过程。小RNA的发现和功能的阐述是对中心法则的重要补充，促使研究人员重新思考细胞遗传调控及其发育等方面的问题。随着小RNA的进一步深入研究，小RNA将在生命起源和早期进化、生殖发育、基因复杂性、疾病原理等方面起到更加重要的作用。

小RNA；miRNA；siRNA；piRNA

1953年Watson和Crick的分子模型表明，遗传信息由DNA传给RNA，再传给蛋白质，一旦进入蛋白质就不再转移，Crick将之归结为“中心法则”。一直以来人们认为RNA仅仅是将DNA的遗传信息传递给蛋白质的中间体。但到反义RNA的发现使研究人员意识到RNA不仅是遗传信息传递的中间体，还对基因的表达具有调节作用。目前，RNA干扰、miRNA和piRNA的发现使人们意识到，仅从DNA序列来解释生物机体生长、发育机制和疾病发生太过片面。RNA被分为两大类：编码RNA（coding RNA）和非编码（non-coding RNA），根据Non-coding RNA中的小RNA特征，主要可归纳为3类：微小RNA（microRNA，miRNA），小干扰RNA（short interfering RNA，siRNA）和piwi相互作用的RNA（piRNA）。

对于高校实现立德树人目标而言非常重要一步就是密切关注当代大学生的成长与成才,将学校与社会紧密联系起来建立完善的德育网络体系。社会实践是将各大院校中拥有的社会服务以及人才培养功能展现出来,是学校和社会组织交流以及合作的一个重要的平台,可以帮助高校社会资源地引进。社会实践活动还能够为高校德育教学通过吸收社会文化,家庭文化和校园文化并将其融合的过程以得到丰富的文化资源,从而达到形成全方位、全过程教育的良好局面。

1 miRNA

1993年Lee等发现控制秀丽新小杆线虫幼虫时序性发育的分子Lin-4，其突变体导致幼虫不能顺利发育或者发育延迟。研究人员的进一步研究发现此基因产物不编码任何前体，转录产物为茎环结构，它与特定的3’端非翻译序列互补从而抑制RNA的翻译。Lin-4是最早发现的miRNA，至此掀起了研究人员对miRNA研究的热潮。miRNA是短序列Non-coding RNA，由18～25个核苷酸组成的一类内源性，短序列非编码单链RNA。miRNA的形成包括转录、加工为成熟体和形成功能复合体3个主要过程。编码miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下转录,形成长度为几百个核苷酸的初级转录物pri-miRNA。pri-miRNA在RNaseⅢDrosha的作用下被加工成具有茎环结构，只含70～100nt的前体pre-miRNA，这个过程在核内完成。pre-miRNA需要Exportin-5辅助，将其从核内运送到胞质，在胞质中的RNaseⅢDicer将pre-miRNA加工成约22个碱基的双链miRNA，随后miRNA的双链解链形成成熟的miRNA。成熟的miRNA通过与一种类似RISC(the RNA-induced silencing complex)的核糖核蛋白复合体结合,形成miRNP，识别靶基因从而发挥作用。进入RISC复合体的miRNA可以介导RISC复合体使靶mRNA降解或结合到靶基因mRNA的3’-UTR抑制靶mRNA翻译，不翻译成蛋白质。参与基因在转录后水平的的表达调控，在细胞增殖、细胞凋亡、细胞分化、细胞代谢等一系列生理过程中发挥着重要的作用。

以单相为例，将变压器的一次侧电流即系统电流和变压器二次侧电流即由逆变器产生的跟踪电流进行采样取值，经过处理变为SVPWM的信号指令，产生的PWM脉冲控制逆变器工作。

miRNA*是在miRNA加工成熟的过程中产生的与其互补的大约22个核苷酸的RNA序列。人们一直以为miRNA*会迅速降解，是miRNA生物合成中没有功能的副产品。但是最近有研究报道miRNA*也具有功能，主要参与转录后的基因调控，具有调控生物体生长发育、激素分泌与信号传导以及对外界环境胁迫的应答能力。但不同的是,miRNA与Argonaute1蛋白（AGO1）结合形成RNA诱导的沉默复合体（RISC）,而miRNA*却在AGO2的帮助下形成RISC复合体进行RNA干涉,这点与siRNA的作用方式类似。

2 siRNA

反义链piRNA与Piwi或Aub结合，其5’末端偏爱尿嘧啶，而正义链piRNA同Ago3相结合的5’末端第10位核苷酸有腺嘌吟保守性，同反义链piRNA的5’端尿嘧啶互补配对。基于此人们提出一种“乒乓模型”(ping-pong model)假说。经过未知核酸酶的加工反义链的piRNA前体生成了5'端具有U偏爱性的初级piRNA，这些piRNA与Aub或Piwi结合形成Aub-piRNA或Piwi-piRNA复合物。复合物通过碱基配对方式识别并结合正义链的piRNA前体，然后发挥剪切活性切割正义链piRNA前体，产生次级piRNA的5'端，具有成熟5'端的正义链piRNA前体被某种核酸酶切割形成3'端，产生成熟的正义链piRNA。正义链piRNA与Ago3结合形成Ago3-piRNA，以同样的方式识别并切割反义链的piRNA前体。正义链的piRNA和反义链的piRNA相互识别，又通过PIWI成员的剪切，如此循环往复，不断加工出次级piRNA。并且，在piRC切割piRNA前体扩增piRNA的同时，也直接降解了从转座子等自私性遗传元件转录的RNA，这样就达到了转座子的转录后水平抑制，该模型将piRNA的生物合成途径与piRNA功能发挥偶联在了一起。这个假说还没能将piRNA的形成和功能发挥完全阐释清楚，研究人员们正在不断的补充和完善。

内源或外源双链RNA（double strand RNA，dsRNA）进入细胞后,茎环状dsRNA在RNaseⅢDicer酶的作用下切割成长为21～25nt的双链RNA分子。siRNA的其中一条链为引导链（guide strand），结合到Argonaute蛋白的Piwi结构域，形成一种由多种蛋白组成的RNA诱导沉默复合体（RNA induced silencing complex，RISC），特异识别靶标mRNA，由RISC介导切割靶mRNA分子中与siRNA引导链互补的区域，断裂的mRNA不能再翻译为蛋白质，以此达到干扰基因表达作用。与引导链互补的另一条链为过客链（passenger RNA）会被机体清除。RNAi技术被称为基因敲除（knockout）或基因沉默（genesilencing）。RNAi是一种典型的转录后基因调控方法，又称之为转录后基因沉默（post transcriptional gene silencing，PTGS）。这项技术已成为研究人员研究生物发育和基因功能的一种重要工具,通过特定的siRNA导入生物体内可以有目的地抑制靶基因的表达，同时逐渐应用于基因治疗、病毒性疾病、肿瘤性疾病等方面。

3 piRNA

2006年《Nature》和《Science》报道了在哺乳动物生殖细胞发现了一类新新型小RNA分子，约30个核苷酸，发挥作用时需要与Piwi亚家族蛋白结合，所以称为Piwi-interacting RNA，简称piRNA。piRNA的表达具有组织特异性，目前仅在老鼠、果蝇和斑马鱼等哺乳动物等数种哺乳动物的精原细胞中发现它的存在。主要参与生殖细胞和干细胞生长发育的调控。

根据已知Piwi蛋白的功能推测piRNA的功能有沉默转录基因过程；维持生殖系和干细胞功能；调节翻译和mRNA的稳定性三个方面。

1990年科学家约根森（Jorgensen）研究小组将与花青素合成有关的查尔酮合成酶基因导入矮牵牛花中，却意外地发现一些花反而被漂白了，他们将这种过度表达内源基因而导致的基因沉默称之为共阻遏。1998年Fire等在进行秀丽隐杆线虫（C. elegans）基因沉默研究中，将dsRNA注入线虫可特异性显著抑制特定基因的表达,。研究人员将这种双链RNA抑制基因表达的现象称为RNA干扰（RNAi），把引发RNA干扰现象的RNA称为干扰RNA。这一研究在2006年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

piRNA产生的途径还不清晰，研究人员根据已发现的piRNA推测可能来自长初始转录物，大部分来自同一条链，少部分来自互不重叠的两条链上。而miRNA和siRNA分别由双链、短发夹RNA前体衍生而来。而且piRNA的形成与Drosha和Dicer都无关，所以piRNA的形成与miRNA和siRNA的形成过程不同。piRNA是由某种核酸内切酶从长的单链RNA前体pre-piRNA加工而来，人们推测果蝇的Piwi、Aub和Ago3具有RNA剪接活性，可能就是这样的酶。

这类长度仅在26～32核苷酸的非编码RNA小分子可能通过与PIWI家族蛋白质相互作用，在表观遗传学水平和转录后水平沉默转座子等基因组自私性遗传元件，参与生殖干细胞自我维持和分化等生殖过程。

笔者以所在学校为个案，开展了英语听说隐性分层教学的实证研究，目的在于验证隐性分层教学对提高学生英语听说水平和学习情感态度影响的有效性。

生物体是个复杂的有机体，存在着多种非编码RNA小分子，形成了复杂的RNA调控网络，在表观遗传学水平上、转录前水平、转录后水平调控基因表达。siRNA、miRNA的发现已经改变了人们对RNA的看法，piRNA的发现更让研究人员深信小RNA发挥着重要作用。它们参与调控生物体生长发育、细胞凋亡、神经分化和免疫等重要过程。小RNA的发现和功能的阐述是对中心法则的重要补充，促使研究人员重新思考细胞遗传调控及其发育等方面的问题。随着小RNA的进一步深入研究，小RNA将在生命起源和早期进化、生殖发育、基因复杂性、疾病原理等方面起到更加重要的作用。

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10．3969/J.ISSN．1671-6027．2016．01.001

杨春雷（1973～），山西省人，助理研究员，研究方向：动物营养、动物疾病防控

★通信作者