小分子核糖核酸（，縮寫 miRNA），又稱微 RNA（微核糖核酸），是真核生物中廣泛存在的一種長約 21 到 23 個核苷酸的 RNA 分子，可調節其他基因的表達。miRNA 來自一些從 DNA 轉錄而來，但無法進一步轉譯出蛋白質的 RNA（屬於非編碼 RNA）。miRNA 透過與目標 mRNA 結合，進而抑制轉錄後的基因表達，在調控基因表達、細胞週期、生物體發育時序等方面起重要作用。在動物中，一個 miRNA 通常可以調控數十個基因。 這些 RNA 是從初級轉錄本（primary transcript）出來的，也就是 primiRNA，轉變成為稱為 premiRNA 的莖環結構，最後成為具有功能的成熟 miRNA。 1989 年，維克托安布羅斯發現秀麗隱杆線蟲（C elegans）中有個基因 lin4 抑制另一個基因 lin14。他們認為 lin4 應該也表達一種調控蛋白質，因為基因轉錄成 RNA 並翻譯成蛋白質是當時認為的公理。不過 1993 年，維克托的學生 Rosalind Lee 和 Phonda Feinbaum 克隆出了 lin4，卻發現這個基因非常小，不足以做出蛋白質，而且這個基因的產物確實也不是蛋白質，而是一個長度只有 22 個核苷酸的 RNA，後來人們又發現此 miRNA 可以和其他蛋白質結合，阻斷其他表現，最終產生上述的基因抑制現象。它是由單鏈的 RNA 分子產生，這個分子的一端折回來形成不完全的互補配對，稱 莖環。 primiRNA 長度大約為 3001000 個鹼基，primiRNA 經過一次加工後，成為 premiRNA 即 microRNA 前體，長度大約為 7090 個鹼基；premiRNA 再經過 Dicer 酶酶切後，成為長約 2024nt 的成熟 miRNA。實際研究中，premiRNA 應用最早，也最廣泛。近年研究發現 microRNA 的雙臂對成熟 miRNA 的形成有著十分重要的作用。 與小分子 siRNAs 相比，miRNA 在分子特性等方面是相似的，但也存在不少的差異。siRNA 是雙股 RNA，3 端有 2 個非配對鹼基，通常為 UU；miRNA 是單股 RNA。siRNAs 是由 dsRNA 在 Dicer 酶切割下產生，而成熟 miRNAs 的產生要複雜一些，首先 primiRNA 在核內由一種稱為 Drosha 酶處理後成為大約 70nt 的帶有莖環結構的 Precursor miRNAs（premiRNAs），這些 premiRNAs 再在 Exportin5 幫助下轉運到細胞核外之後再由胞質 Dicer 酶進行處理，酶切後成為成熟的 miRNAs。 生命的一些重要活動如幼蟲的生長發育、細胞的發生和分化、神經系統的分化等都被一些非編碼蛋白的小 RNA 的調控，而除 miRNA、siRNA 以外的小 RNA 我們目前知之甚少。 2024 年 10 月 7 日，miRNA 及其轉錄後修飾機制發現者維克托安布羅斯和加里魯夫昆獲得諾貝爾生理學或醫學獎。 命名規則 miR 字首後面所跟著的數字，代表命名的順序，比如，miR124 比 miR456 發現得早。 miR 代表成熟的 miRNA、mir 代表 premiRNA 和 primiRNA、MIR 代表編碼 miRNA 的基因。 miRNA 幾乎全是獨一的編碼順序，但對於擁有一兩個鹼基不同的則會被標上字母以示，例如，miR124a 與 miR124b。 若成熟的 miRNA 相同，但 premiRNA 和 primiRNA 和編碼他們的基因來自於不同的基因組，則使用數字來表示，例如，mir1941 和 mir1942 表示兩個 pre， primiRNA 剪下後的成熟 miRNA 是完全相同的，但卻是兩個不同的來源。 字首的三個字母代表了不同的種族來源，例如，hsamiR194 代表 miRNA 來源於人類，oarmiR124 來源於綿羊。 對於形成 pre，primiRNA 莖環的兩端 miRNA， 通常一端在數量上遠遠超過另一端。數量優勢的一端往往稱為 guide strand，而另一端被稱為 passenger strand，通常被大量降解，用 號來表示，例如 miR124 和 miR124。 生物合成機制 有多達 40％的 miRNA 位於其他基因的內含子或甚至外顯子中。他們通常（但不限於）在有義方向被發現，因此它們通常與他們宿主基因一起調節。 位於 DNA 模板上的序列，並非成熟 miRNA 的最終編碼：有 6％的人類 miRNA 有 RNA 編輯的現象，RNA 上特定位置的修飾，會產生和他們 DNA 不同的產物。這增加了 miRNA 作用的多樣性和範圍，遠超過了基因組單獨引起的作用。 轉錄 miRNA 基因通常由 RNA 聚合酶 Ⅱ 轉錄，聚合酶常常會結合到 DNA 序列附近的啟動子，並將其編碼成前 miRNA 的髮夾環。 所得到的轉錄產物，上有 5 端帽及多聚腺苷酸尾並已被剪接。動物的 miRNA 最初轉錄為約 80 個核苷酸的 RNA 莖環，其會互動形成幾百個核苷酸長的 miRNA 前體，稱作 primiRNA。當在 3UTR 3 非編碼區 中發現莖 環前體時，該轉錄物可以作為 primiRNA 和 mRNA。 此外，RNA 聚合酶 Ⅲ 也會轉錄一些 miRNA，特別是具有上游 Alu 元件的、tRNA 或哺乳動物寬分散重複 mammalianwide interspersed repeats 啟動子單元。 核加工 單個 primiRNA 可以含有 1 至 6 個 miRNA precursor，這些髮夾環結構各自由約 70 個核苷酸組成，而每個髮夾的側翼包含了 RNA 加工的必要序列。 在 primiRNA 中髮夾的雙鏈 RNA（dsRNA）結構，會被稱為 DiGeorge 綜合症關鍵區 8（DGCR8 或無脊椎動物中的 Pasha）的核蛋白所識別。隨後 DGCR8 與 Drosha 酵素結合形成微加工複合體 Microprocessor complex。 在該複合物中，DGCR8 使 Drosha 的 RNase III 催化結構區域定向，藉此從髮夾鹼基中切割約 11 個核苷酸，從而釋放 primiRNA 的髮夾彎。所得產物在其 3 端具有兩個核苷酸的突出端，其也具有 3 羥基和 5 磷酸基團。它通常被稱為前 miRNA（premiRNA）。有許多對於有效加工重要的 premiRNA 下游的序列基序 Sequence motif，已被識別鑑定了。 而對於那些繞過微加工複合體，直接剪接出內含子的前 miRNA，被稱為 Mirtrons。其最初被認為只存在於果蠅和秀麗隱桿線蟲中，然而現在已經在哺乳動物中發現其存在。 有多達 16％的 premiRNA 可以透過核 RNA 編輯改變，其中最常見地，如腺苷脫氨酶作用於 RNA（ADAR）上的腺苷至肌苷（A 至 I）轉換。另外，RNA 編輯也能停止核加工 例如 primiR142，其會導致核糖核酸酶 TudorSN 的降解，並改變下游流程包括細胞質 miRNA 的加工與目標專一性 像是改變中樞神經系統中 miR376 的種子區域。 核輸出 核細胞穿梭蛋白 Exportin5 涉及前 miRNA 髮夾從細胞核輸出的過程。這種蛋白質是 karyopherin 家族的一個成員，它會識別前 miRNA 髮夾的 3 末端，由 RNase III 酶與 Drosha 遺留的兩個核苷酸的突出端。 Exportin5mediated 介導運輸到細胞質是能量依賴的 主動運輸，其使用 GTP 來繫結 Ran 蛋白。 細胞質加工 在細胞質中，前 miRNA 髮夾會被由 RNaseIII 酶 Dicer 所切割 ，該內切核糖核酸酶與 miRNA 髮夾的 5 和 3 端相互作用並切除連線 3 和 5 臂的環 ，產生長度為 22 個核苷酸的不完全的 miRNA：miRNA 雙鏈體 。整個髮夾長度和環尺寸都會影響 Dicer 的加工效率。由於 RNA 的不完全配對性質，miRNA：miRNA 雙鏈體的配對程度也會影響切割 。 此外，一些富含 G 的 premiRNA 可以潛在地利用 G 四聯體，來替代典型的莖 環結構。 例如，人的 premiRNA 92B 就使用 G 四聯體，來抵抗 Dicer 在細胞質中的介導切割。 雖然雙鏈體的任一鏈，皆可作為潛在作用的功能 miRNA，但通常只有一條鏈會摻入 RNA 誘導沉默複合體（RISC）中，在其中該 miRNA 會與其目標 mRNA 相互作用。 植物中的生物合成 在植物中 miRNA 的生物合成與動物的最大差異，主要是在於核加工和輸出的過程中：其不像動物使用兩種不同的切割酶 一種位於核內部、一種位於核外部。植物的兩種切割，都是利用稱為 Dicerlike1（DL1）Dicer 同源物 進行，由於 DL1 僅在植物的細胞核中表達，這表明這兩種切割都在核內發生。在植物 miRNA：miRNA 雙鏈體被轉運出細胞核之前，其 3 突出端會被稱為 HuaEnhancer1（HEN1）的 RNA 甲基轉移蛋白甲基化，然後透過稱為 Hast（HST）的蛋白質（Exportin 5 蛋白的同源物）將雙鏈體從細胞核運出到細胞質中，在那裡它們會分解並且生成成熟的 miRNA，來結合到 RISC 中。 參考文獻 外部連結 miRex Registry of microRNA expression profiles Internet registry for microRNA expression profiles The server is part of RNAIGIB A tutorial on miRNAs by Ambion 3D animations describing microRNA formation and function by Rosetta Eumir Web server for prediction of eukaryotic microRNA precursors Web server implementing SVM based prediction of microRNA precursors Also incorporates companion web server HairpinFetcherThe servers are part of RNAIGIB 微 RNA 實驗方法 參見 小干擾 RNA（siRNA） RNA 干擾（RNAi） 基因表現 CategoryRNA Category 非編碼 RNA