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非编码 RNA (ncRNA) 是由基因组转录而成的不编码蛋白质的 RNA 分子。
非编码 RNA 除了在转录和转录后水平上发挥作用外,还在基因表达的表观遗传学调控中发挥重要作用。
最近的研究揭示了真核生物基因组中约 90% 的基因是转录基因。有趣的是,这些转录基因中只有 1-2% 编码蛋白质;大多数转录为 ncRNA。
非编码 RNA 可分为两种主要类型:基础结构型和调控型 ncRNA。基础结构型 ncRNA 在翻译和剪接中似乎起着类似管家基因的作用,包括核糖体 RNA、转移 RNA 和小核 RNA 等种属。从表观遗传学的角度来看,调控型 ncRNA 更加有趣,因为它们参与了其他 RNA 的修饰。调控型 ncRNA 可进一步划分为以下几类:
microRNA (miRNA)
miRNA 是一类长度约为 20-24 nt 的单链小分子,来源于形成独特发夹结构的转录本,被称为 pre-miRNA。发夹状 RNA 被加工成成熟的 miRNA,形成 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC),其中包含 Dicer 等 miRNA 相互作用蛋白。miRNA 将通过 3'UTR 与靶 mRNA 转录本上的互补序列配对,导致靶基因沉默。
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Piwi 相互作用 RNA (piRNA)
piRNA 是小分子 ncRNA (24-31nt),能够与 Argonaute 家族的 Piwi 蛋白形成复合物。piRNA 的特点是 5’端有尿苷,3’端有 2’-O-甲基修饰。其主要作用是在种系发育过程中沉默转座因子。
小分子干扰 RNA (siRNA)
siRNA 是长链线性 dsRNA,被 Dicer 加工成长度为 20-24 nt 的成熟 siRNA,加载到 RISC 后指导沉默。与 miRNA 相似,它们通过被称为 RNA 干扰 (RNAi) 的过程介导转录后沉默,在该过程中,siRNA 干扰互补核苷酸序列的表达。
长链非编码 RNA (lncRNA)
lncRNA 被视为长度 > 200nt 的非蛋白编码转录本。大多数非编码 RNA 都属于这一类。许多 lncRNA 会受到剪接、多聚腺苷酸化等转录后修饰,可根据其与蛋白编码基因的接近程度进行分类。lncRNA 的一个亚群被命名为长链基因间非编码 RNA (lincRNA),其标志是其启动子处组蛋白 H3 (H3K4me3) 上 K4 的三甲基化和沿转录区组蛋白 H3 (H3K36me3) 上 K36 的三甲基化。LincRNA 参与表观遗传基因沉默,如 Xist(X-失活特异性转录本)的作用以及通过促进转移和血管生成相关基因的表达参与肿瘤的发展。
增强子 RNA (eRNA) 和启动子相关 RNA (PAR)
这两种 ncRNA 最近被描述过,其作用尚不清楚。增强子 RNA 是非编码转录本,平均长度为 800nt(范围在 0.1-9 kb 之间),由 H3 (H3meK4)、RNA Pol II 和共激活因子(如 p300)上富含单甲基化赖氨酸 4 的区域产生,这些区域将其与 lncRNA 区分开来。据推测,eRNA 充当转录激活因子。PAR 是非编码转录本,长度范围在 16 nt 至 200 nt 之间,一般在转录起始位点附近或启动子上游元件中表达。大多数 PAR 与高表达基因相关,但其表达较弱,半衰期较短。据推测,PAR 与转录激活和抑制有关。
RNA-蛋白质相互作用分析
鉴于我们开始认识到 RNA 不仅在转录、剪接和翻译等得到确认的过程中发挥作用,而且还通过 ncRNA 在 RNA 干扰和基因表达的表观遗传调控等更新的领域发挥作用,人们对 RNA-蛋白质相互作用的兴趣日益增加。
研究 RNA-蛋白质相互作用最常见的两种技术是 RIP(RNA 免疫沉淀)和 CLIP(UV 交联和免疫沉淀)。这两种技术都是比较流行的 DNA-蛋白质相互作用研究方案(称为染色质免疫沉淀 (ChIP))的变体。
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RIP通过免疫沉淀目的 RNA 结合蛋白及其相关RNA,用于绘制体内 RNA-蛋白相互作用图。
然后通过 RNA 提取分离纯化的 RNA-蛋白复合物,并通过 RT-PCR 确定 RNA 的身份。随着近十年来对 RNA 的研究不断深入,人们对 RIP 的兴趣也随之加强,因此开发出了更好的 RIP 方案。
CLIP 是一种相关技术,与 RIP 不同,CLIP 使用紫外线辐射将 RNA 结合蛋白与其结合的 RNA 交联。这种共价键是不可逆的,允许采用严格的纯化条件去除非特异性污染 RNA。与 RIP 不同,CLIP 提供关于 RNA 上实际蛋白结合位点的信息。CLIP 越来越多地用于绘制 RNA 结合蛋白在整个转录组的结合位点。
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