結構生物化學/核酸/RNA/小RNA
小RNA 是 RNA 的一種分類，包括小干擾 RNA (siRNA)、微小 RNA (miRNA) 和 Piwi 相互作用 RNA (piRNA)。這些小 RNA 在生物學和疾病過程中起著重要的作用。
小干擾 RNA (siRNA) 是一類 RNA 分子，長度約為 20-25 個核苷酸。它們主要參與 RNA 干擾 (RNAi) 途徑，以干擾特定基因的表達。
siRNA 是一種雙鏈 RNA，它被發現可以靶向 mRNA 裂解位點，並且被設計為透過將 siRNA 轉染到哺乳動物細胞中來靶向轉錄本沉默。這使得能夠開發基於 RNAi 的應用，例如一類新的治療劑。
微小 RNA (miRNA) 是一類在真核細胞中發現的 RNA 分子。它們通常長度為 20-25 個核苷酸，也參與翻譯抑制和基因沉默。它們與 siRNA 類似，被發現可以負向調節靶標轉錄本的表達。
這兩種型別的 RNA 被確立為控制靶標轉錄本沉默的導向物。這也引發了關於這些小 RNA 如何產生的問題，並且發現果蠅 S2 細胞中的免疫沉澱物在體外將 dsRNA (雙鏈 RNA) 加工成 siRNA。發現 miRNA 來自保守的莖環前體。這表明 miRNA 生物合成可能需要一個切割步驟。莖環形成幾百個核苷酸長的 miRNA 前體的一部分，然後被轉錄成 miRNA。在果蠅蛹中發現了這種前體的存在。
在分析果蠅中的小 RNA 途徑時，發現分離的dicer-1 和dicer-2 突變體分別負責 miRNA 和 siRNA 的生物合成。Dicer-1 在不依賴 ATP 的情況下處理 pre-miRNA，而 Dicer-2 在依賴 ATP 的情況下處理 dsRNA。然而，在哺乳動物細胞中，只有一個 Dicer 生成 miRNA 和 siRNA。
siRNA 透過程式設計 RNAi 效應子 (如 RISC) 來靶向 mRNA 來影響沉默。RISC 是一種依賴鎂的核酸內切酶，受 miRNA 和 siRNA 影響，以靶向 mRNA 裂解活性。
miRNA 具有爭議的效應機制。這種差異是由於缺乏與 siRNA 相比的明確定義的生物化學讀數來衡量 miRNA 誘導的 RISC 活性。
RISC：小 RNA 的效應複合物
眾所周知，小 RNA 有助於基因表達的調控。然而，小 RNA 不能單獨發揮作用來催化反應。相反，它們聚集在一起並形成 RNA 誘導的沉默複合物 (RISC)，以幫助沉默基因和定位 RISC 靶標。從這個意義上講，RISC 的組裝對於小 RNA 完成其工作至關重要。 [1]
Argonaute：RISC 的核心成分
Argonaute (Ago) 蛋白家族是 RISC 的主要成分，對於 RISC 的靶標識別和沉默功能至關重要。Ago 家族可以分為 Ago 亞家族和 Piwi 亞家族。這些 Ago 蛋白，每個都有自己的特徵，負責與其配對的小 RNA 的功能。SiRNA 和 micro RNA 結合到 Ago 蛋白，而 piRNA 結合到 Piwi 蛋白。在哺乳動物中，來自 Ago 亞家族的四種蛋白 (AGO1、AGO2、AGO3、AGO4) 阻礙其靶標 mRNA 中的翻譯，其中 AGO2 在其亞家族中具有獨特的誘導 RNA 干擾的能力。在果蠅中，AGO2 也在 siRNA 中觸發 RNA 干擾，而 AGO1 側重於 miRNA。與哺乳動物的情況不同，果蠅中 AGO1 和 AGO2 都可以靶向裂解並導致 RNA 干擾。 [1]
RISC 組裝中的兩個步驟：RISC 載入和解旋
RISC 組裝涉及兩個步驟。第一步稱為 RISC 載入，即小 RNA 雙鏈體被整合到 Ago 蛋白中。在此步驟之前，雙鏈 siRNA 和 miRNA 透過 RNase III 酶 (Drosha 和 Dicer) 被轉化為小 RNA 雙鏈體：siRNA 雙鏈體和 miRNA-miRNA* 雙鏈體。在第二步中，雙鏈小 RNA 雙鏈體在 Ago 蛋白內部被分離成兩條鏈。在這兩條鏈中，具有較不穩定 5’ 端的鏈被保留，用作“引導鏈”。另一條鏈，稱為“乘客鏈”，被丟棄以產生功能性 RISC。這種選擇其中一條鏈優先於另一條鏈的選擇被稱為“不對稱規則”。 [1]
人類基因組計劃觀察到與基因組大小相比，蛋白編碼基因的數量相對較少。據信，只有 5% 的基因組編碼蛋白質。miRNA、siRNA 和 piRNA 是非編碼基因組的一部分。
據信 miRNA 存在於數百種物種中，並透過 miRNA 突變體分離的正向遺傳學、基於莖環的生物資訊學預測以及小 RNA 的直接克隆來識別。pre-miRNA 如何轉化尚不清楚，並且有研究表明 pri-miRNA 和 pre-miRNA 分別存在於細胞核和細胞質中。dsRNA 是 pri-miRNA 的一個特徵，它有助於加工成 pre-miRNA。Dicer 和 Drosha 是小 RNA 成熟所需因素的一部分。據信它們與 dsRNA 結合蛋白協同作用，有助於 miRNA 的產生。
Endo-siRNA 在調節不同物種的基因組功能中起著重要作用。它們切割靶標 mRNA，以便 RNA 依賴性 RNA 聚合酶利用切割的 mRNA 作為模板來引發二級 siRNA 的合成。然後將這些載入到非切割 agos 上，以促進靶標沉默。這對應於 RNAi 在 mRNA 中的擴散，並與蠕蟲的沉默相關聯。
piRNA 是一種小 RNA，它也有助於干擾，但側重於重複。哺乳動物中的 piRNA 在基因組中被唯一地對映，並且聚集到大約 10 到 83 kb 的少量區域中。piRNA 擴增的發現導致了乒乓模型，其中它在 Ago3 和 Aubergine 之間切換以在每一輪連續輪中建立新的 piRN。不同的 Piwi 蛋白協同和獨立地執行 piRNA 功能。piRNA 在生殖系發育和維持基因組完整性中起著重要作用。它們也參與沉默，但這仍然是未知的。然而，研究表明它們調節 DNA 甲基化。
- ↑ a b c 川amata, Tomoko 和 Tomari, Yukihide。“製作 RISC”，'[趨勢生化科學]'，2010 年 7 月：368-375。2012 年 11 月 21 日檢索。
- ↑ 劉慶華；Paroo，Zain；小 RNA 途徑的生化原理 Annu. Rev. Biochem. 79 (2010)：295-319。
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