RNA实验方案和应用（一）
RNA是具有多种不同的功能的生物大分子。信使RNA（mRNA）是DNA转录得到的，用做蛋白质合成的模板。蛋白质的合成是由核糖体完成的，核糖体由核糖体RNA（rRNA）和蛋白质组成。用于蛋白合成的氨基酸，是通过转运RNA（tRNA）输送到核糖体上的。RNA分子也是参与RNA转运过程的核糖蛋白的一部分。非编码RNA也是非常重要的。它们是不翻译成蛋白质的功能RNA分子。这样的RNA分子包括tRNA、rRNA、核仁小RNA（snoRNA）、微小RNA（miRNA）、小干扰RNA和piwi-interacting RNA（piRNA）。它们通常在基因表达的调控中发挥作用。
miRNA是一类内源性的（自然产生的），约18–24个核苷酸大小的非编码RNA，在转录后的基因调控中发挥作用。一个miRNA可能在每个细胞中有超过105个拷贝，但是从每个细胞中总RNA质量的角度来看，这些RNA又是微不足道的。由于它们非常短，因此通常需要特别的分离和分析方案。
一个典型的快速生长的哺乳动物细胞培养中,每个细胞大约含有10–30 pg的RNA，而一个完全分化的原代细胞中，RNA的量要少得多——大约每个细胞中RNA的含量小于1 pg。细胞中的RNA分子主要是tRNA和rRNA。mRNA大约占细胞中RNA总量的1–5%，但是具体的量取决于细胞类型和细胞的生理状态。一个动物细胞中，大约有360,000个mRNA分子，组成了大约12,000个转录本，一个典型转录本的长度大约为2 kb。一些mRNA分子占到了总mRNA的3%，而其它的mRNA分子的含量低于0.01%。这些“稀有的”或者“低丰度”的mRNA分子在每个细胞中只有5–15个拷贝。但是，这些稀有的mRNA大约有11,000种，占到了mRNA数量的45%。
一个生物体中的基因是相对固定的，因此，mRNA的组成代表了在给定的条件下，基因的表达方式。使用杂交技术，包括RNA印迹法（northern印迹）和微阵列分析，或RT-PCR技术、转录本测序技术（RNA-seq）对RNA进行分析，能够充分反映一个生物体中的基因表达谱。但是，与DNA相比，RNA相对不稳定。这很大程度上是由于存在会降解RNA分子的核糖核酸酶(RNases)。
核糖核酸酶非常的稳定，不需要辅因子，在非常低浓度的时候就有很高的催化效率，并且不容易失活。核糖核酸酶的污染可以来自于人类的皮肤和携带有细菌和霉菌的尘埃颗粒。因此，RNA的分离和分析需要特别的技术。
| 一个典型人类细胞的RNA含量 |
| 参数量每个细胞中的总RNA<1–30 pg细胞核中总RNA的比例~14%细胞核中DNA:RNA~2:1mRNA分子2 x 105 – 1 x 106mRNA常规大小1900 nt |
| 在一个典型哺乳动物细胞中RNA的分布 |
| RNA种类相对的量rRNA (28S, 18S, 5S)80–85%tRNAs, snRNAs, low MW species15–20%mRNAs1–5% |
| 基于丰度的mRNA分类 |
| 丰度拷贝/细胞每个细胞中不同mRNA的数量每种mRNA的丰度低5–1511,000<0.004%中等200–400500<0.1%高12,000<103% |
| 不同细胞和组织中的RNA含量 |
| 器官来源总RNA (µg)*细胞培养液 (1 x 106个细胞)NIH/3T3 HeLa COS-7 LMH Huh10 15 35 12 15小鼠/大鼠组织 (10 mg)胚胎(13-day) 肾肝脾胸腺肺25 20–30 40–60 30–40 40–50 10–20酵母 (1 x 107个细胞)S. cerevisiae25植物 (100 mg叶片)拟南芥玉米西红柿番茄35 25 65 60 * 由于物种、发育阶段和生长条件的不同，含量有可能不同。 |
| microRNA |
小RNA（miRNA）是一类内源性的（自然产生的），约22个核苷酸的非编码RNA分子，它们参与转录后的基因调控。它们与siRNA分子具有类似的特征。 miRNA分子在很多生物学过程中发挥了重要作用，包括细胞的分化和发育，细胞信号转导和对感染的应答等。大量的证据显示，miRNA表达的紊乱是一些疾病发生的原因和标志，包括多种癌症。在血清和血浆中可检测到无细胞的miRNA分子，而疾病会导致它们表达水平变化。这些发现，使得无细胞miRNA的表达很可能作为疾病诊断和预防中的生物标志物。 miRNA和siRNA的途径都与双链RNA相关，但是这些RNA分子的来源不同。与诱导RNA干扰的双链RNA不同，miRNA是由基因组编码的。除此之外，miRNA的前体（pre-miRNA）不完全是双链的，而是包含有双链区域的发卡结构。与RNAi不同（参考RNAi），miRNA的作用主要是调节细胞自己的基因。人类具有超过2000种miRNA分子，据估计，它们调节超过三分之二的人类基因。 miRNA系统是调节基因表达的内源性机制。成熟的miRNA分子，主要通过翻译抑制来调控内源性基因的表达。除此之外，miRNA能通过快速的脱腺苷化作用和去除帽子来摧毁mRNA。自然生成的miRNA分子的结合位点，通常在目标mRNA 3’端的非翻译区。在动物的miRNA分子中，序列的部分匹配给确定真正的结合位点带来困难，并且降低了结合位点确定的准确性。 |
