snoRNA 的結構與功能
編者按：不同生物中RNA 結構和功能多樣性與生命多樣性的關系等問題是當前生命科學重大基礎研究的前沿，特別隨著基因組、蛋白質組計劃相繼提出后，RNA 組學研究已經成為分子生物學研究的新的生長點。本期RNA 專題由王恩多院士牽頭，共組織了八篇與RNA 研究相關的高質量文章。在此，向王恩多院士及各位專家對本刊的大力支持表示衷心的感謝！
張筱晨， 周 惠， 屈良鵠*
(中山大學生物工程研究中心，廣州510275)
摘 要：核仁小分子RNA(snoRNA)是一類廣泛分布于真核生物細胞核仁的小分子非編碼RNA，具有保守的結構元件，并以此劃分為3 大類：box C/D snoRNA、box H/ACA snoRNA 和MRP RNA。其中box C/D 和box H/ACA 是已知snoRNA 的主要類型，以堿基配對的方式分別指導著核糖體RNA 的甲基化和假尿嘧啶化修飾。研究發現，snoRNA 除了在核糖體RNA 的生物合成中發揮作用之外，還能夠指導snRNA、tRNA 和mRNA 的轉錄后修飾。此外，還有相當數量的snoRNA 功能不明，被稱為孤兒snoRNA(orphan snoRNA)。在哺乳動物的孤兒snoRNA 中，印跡snoRNA(imprinted snoRNA)是最為特殊的一群，由基因組印跡區編碼，具有明顯的組織表達特異性。原核生物古細菌中類snoRNA 的鑒定表明這些非編碼RNA 家族成員的古老起源；而哺乳動物中大量的snoRNA 反轉座子的存在更為人們探索snoRNA 在基因組中擴增和功能進化提供了新的思路。
關鍵詞：snoRNA；基因組印跡；snoRNA 反轉座子
中圖分類號：Q752; Q522 文獻標識碼：A
Structure and function of snoRNAs
ZHANG Xiao-chen, ZHOU Hui, QU Liang-hu*
(Biotechnology Research Center, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China)
Abstract: Small nucleolar RNAs (snoRNAs) represent an abundant group of noncoding RNAs with existence in the nucleolus of eukaryotes. Based on the conserved structure elements, the majority of snoRNAs can be divided into two families, box C/D snoRNAs and box H/ACA snoRNAs, which function on 2' -O- methylation and pseudouridylation of rRNA, respectively, through the formation of a canonical guide RNA duplex at the modification site. However, recent studies show that the complexity of the two snoRNA guide families is far beyond expectation. Dozes of novel snoRNAs target other cellular RNAs, including snRNAs, tRNAs and even mRNAs. In addition, an increasing number of orphan snoRNAs without known targets were identified, and remarkably, imprinted snoRNAs were among them, which are encoded by genomic imprinting region and expressed in a tissue-specific pattern. Furthermore, the ancient origin of these noncoding RNA families was reflected by the identification of snoRNA homologs in Archaea, and latest characterization of snoRNA retrogenes offers new perspectives to their proliferation and evolution.
Key words: snoRNA; genomic imprinting; snoRNA retrogene
核仁小分子RNA(small nucleolar RNA, snoRNA)是一類小分子非編碼RNA，且多富集于核仁，代謝穩定。典型的snoRNA 具有如下主要特征：分子大小約為60 － 400 nt；具有類似核仁提取物的性質(抗鹽性)；需要與特定蛋白質結合形成核糖核蛋白體(ribonucleoprotein paricles, snoRNP)，并以此形式存在和行使功能；snoRNA 分子具有多種與蛋白質相互作用的保守序列元件[1]。
snoRNA在核糖體RNA前體的剪接加工和轉錄后修飾過程中起重要作用，主要與2'-O- 核糖甲基化及假尿嘧啶化修飾有關[2]。
研究表明，在每個真核生物的核糖體上，分別有大約50 － 100 個的2'- O- 核糖甲基化和假尿嘧啶化的修飾位點。這些修飾位點都位于成熟核糖體中最保守的重要功能區，特別是肽基轉移酶中心和大小亞基結合部位。雖然這些由snoRNA 指導的核苷酸修飾看起來對于細胞的生存和生長并非必需，但這些修飾可能調整rRNA 折疊以及與核糖體蛋白的相互關系，從而對核糖體的生物合成和活性起到調節作用。
由于snoRNA 與真核生物核糖體的密切聯系，自20 世紀90 年代以來，snoRNA 日益受到人們的高度關注。尤其隨著近年來在計算機RNA組學和實驗RNA組學上的突破[3,4]，對snoRNA的研究迅速發展，揭示出snoRNA 的結構與功能、基因組織和表達方式等方面高度的多樣性。
1 snoRNA的結構與分類
根據結構元件，目前已知的snoRNA 可以劃分為3 大類：box C/D snoRNA、box H/ACA snoRNA 和MRP RNA[1,5,6]。MRP RNA是極為特殊的snoRNA，在數量和功能上都迥異于其他snoRNA。
MRP RNA 只有一種分子存在于細胞中，并與九種蛋白質結合形成MRP RNA 復合物，參與5.8S rRNA 的加工和線粒體DNA 的復制；另外，作為RNase P 的RNA 成分，它參與了tRNA 的5' 端成熟過程。細胞中主要的snoRNA 是box C/D snoRNA 和box H/ACA snoRNA。
1.1 box C/D snoRNA 家族 box C/D snoRNA 包含有兩個短的序列元件，即位于5 ' 末端的box C(RUGAUGA)和3' 末端的box D(CUGA)。多數box C/ D snoRNA基因的5' 和3' 末端都有4 － 5 nt 的反向重復序列，可以形成較為穩定的短莖結構，這一結構在snoRNA 的生物合成和核仁定位過程中起關鍵作用。
大部分box C/D snoRNA 分子的中部，還具有類似于box C 和box D 的結構，通常分別表現出 1 － 2 個核苷酸的差異，被稱為box C' 和box D'。 box C' 和box D' 的間距通常介于3 － 9 nt 之間，也能通過內部的短莖結構將其拉近。大部分 box C/D snoRNA 都是通過反義互補行使功能，最為常見的是指導rRNA 特定位點的2'-O- 甲基化修飾。所謂“反義互補”是指在box D 或box D' 上游的一段10 － 21nt 的片斷，能夠與靶RNA 形成嚴謹配對，從而指導特定位點的修飾。其中少數box C/D snoRNA具有兩段反義序列。實驗證明，被修飾位點精確對應于box D 或box D' 上游第5 個核苷酸 。
在細胞中，snoRNA 與蛋白質動態結合，形成 snoRNP 復合物在RNA 的生物合成、運輸及行使功能的過程中發揮作用。box C/D和box H/ACA snoRNA 家族各有一套不同的結合蛋白。box C/D snoRNP 包含四種進化上保守的，必需的蛋白質，即纖維蛋白 (fibrillarin)/Nop1p、Nop56、Nop58/Nop5p和p15.5KD/ Snu13p。纖維蛋白具有S- 腺苷甲硫氨酸依賴的甲基化轉移酶的重要結構特征。
實驗證明當纖維蛋白的類甲基化酶結構域發生突變時，rRNA上的甲基化被阻斷，因而纖維蛋白被預測為與box C/D snoRNA 協同作用的2'-O- 核糖甲基化酶。Nop56 和 Nop58 在序列上高度相似，可能源自同一祖先。
p15.5KD蛋白(酵母Snu13p)能特異性地結合box C 和 box D 結構元件，形成一個Kink-turn 結構域，即一個不對稱的3nt的內環，其兩側分別是規則的短莖和兩對G-A 配。而且，p15.5KD 蛋白還是U4/U6/U5 snRNP三聯復合體的成分之一，它能結合U4 snRNA 中與box C/D 相似的結構元件，說明snoRNA 的合成與pre-mRNA 的加工具有一定聯系。對于內含子編碼的snoRNA 來說，事實確實如此。
研究人員發現大多數人類box C/D snoRNA 與其所在內含子的3' 剪切位點的間距浮動于70 － 80nt，進一步的實驗確定對于snoRNA的加工來說，snoRNA 的編碼區與分枝點(branch point)之間的最適距離(約50 nt)是至關重要的。在mRNA 前體剪切的不同時期進行體外阻斷實驗顯示snoRNP蛋白(p15.5KD和纖維蛋白)在C1剪切復合體時期特異性地裝配到snoRNA 的編碼區。
1.2 box H/ACA snoRNA家族 box H/ACA snoRNA 具有保守的“發夾- 鉸鏈- 發夾- 尾(hairpin-hingehai r p in -t a i l ) ”的二級結構 。box H (ANANNA，N 代表任一核苷酸)位于單鏈形式的鉸鏈區，ACA 則一般位于3' 末端上游3 個核苷酸處。 box H/ACA snoRNA的指導序列位于單個或者兩個發夾內部的“假尿嘧啶化泡”(pseudouridylation pocket) 內，它們可以與靶RNA上的被修飾位點兩翼序列各形成4 － 8nt 的互補配對。
與box C/D snoRNA 的 “box D/D'+5”原則相似，假尿嘧啶化位點與其下游H 或者是ACA box 的距離一般為14 － 16nt，這一距離對于選擇正確的修飾位點同樣至關重要。實驗證明，box H 和box ACA 不僅是snoRNA 正確行使功能必需的結構，而且與snoRNA 在細胞中具備完整的分子末端并穩定存在密切相關。此外，假尿嘧啶化泡兩翼的短莖結構也是snoRNA 正確行使功能所必需的。
box H/ACA snoRNP 的結合蛋白包括進化保守的Cbf5p(dyskerin)、Gar1p、Nhp2p 和Nop10p，它們對于假尿嘧啶化反應都是必需的(圖2B)。由于具有已知假尿嘧啶化酶的信號元件，而且這些元件的突變或缺失可導致S. cerevisiae中box H/ACA snoRNA 指導的rRNA 假尿嘧啶化的顯著下降，Cbf5p 被推測為box H/ACA snoRNP 指導假尿嘧啶化過程中的催化物。
Nhp2p、Nop10p 和Cbf5p 組成box H/ACA snoRNP 的核心。與內含子編碼的box C/D snoRNA 相似，內含子編碼box H/ACA snoRNA 的加工也與 mRNA的生物合成相關。在酵母box H/ACA snoRNP 的生物合成需要一種名為核裝配因子1 的蛋白 (nuclear-assembly factor 1, Naf1), 這種蛋白與正在轉錄的box H/ACA 基因結合，且不存在于成熟的box H/ACA snoRNP 中，表明它僅作用于box H/ACA snoRNP 合成的早期。
最近的研究發現，Naf1 同樣為人類box H/ACA snoRNA 所必需，在box H/ACA snoRNP 裝配早期，它和三個box H/ACA snoRNP 核心蛋白(Nhp2p、Nop10p 和dyskerin)能特異性地結合到轉錄中的box H/ACA snoRNA 基因上。
2 snoRNA的基因組織形式
根據編碼snoRNA 的序列是否從屬于其他基因，可將其分為獨立編碼的snoRNA 和內含子編碼的snoRNA；根據某一snoRNA 編碼序列與其他snoRNA 編碼序列之間的鄰近程度，可將其分為單一的snoRNA 和snoRNA 基因簇。
獨立編碼的snoRNA 基因有獨立的啟動子和終止子及其他相關的順式調控元件。獨立編碼的 snoRNA 基因大都是由RNA 聚合酶II 轉錄的，其轉錄產物5' 末端都有1 個TMG(2'，2'，7'-trimerthylation cap)帽子。
在這類基因的轉錄起始位點上游80 － 120 nt 處通常有一個類似TATA box 的序列元件。內含子編碼的snoRNA的發現是RNA分子生物學研究領域的一個重大進展。一部分內含子編碼的 snoRNA 不依賴mRNA 前體的剪切加工過程，它們通過核酸內切酶直接作用于mRNA前體釋放；而大多數內含子編碼的snoRNA 的產生伴隨著宿主基因 pre-mRNA 的加工剪切，包括核酸內切酶切去分枝套索結構。
當兩個或兩個以上相同或不同的snoRNA 序列緊密串聯，彼此之間的間隔很短，就構成snoRNA基因簇。不同生物偏好不同的snoRNA 表達策略。
2.1 單細胞生物中的snoRNA 在釀酒酵母中，除了7 個內含子snoRNA基因外，絕大多數snoRNA是獨立基因編碼的，其中5 個是多順反子形式；而在粟酒裂殖酵母中，大部分box C/D snoRNA 是內含子編碼的，而box H/ACA snoRNA 則主要是獨立轉錄的。在原生動物錐蟲中，大多數snoRNA 是以獨立編碼的多順反子形式存在，而賈第蟲的snoRNA 主要是以獨立編碼的單個基因形式存在。
2.2 植物中的snoRNA
snoRNA 基因簇是植物 snoRNA基因的主導形式。在植物中第一個被報道的 snoRNA 基因簇是在玉米中，由4 個U14 snoRNA基因組成。在擬南芥已知的snoRNA 基因中，大多數是以基因簇的形式存在，這些基因簇由2 － 5 個同類或者不同類的snoRNA 基因組成，其中包含少量的內含子編碼的基因簇。在水稻中，雖然基因簇也是snoRNA 最主要的組織形式，但和擬南芥不同，半數以上的水稻的snoRNA 基因簇存在于內含子當中，其中大部分是純box C/D snoRNA 基因簇，而另一些則是box C/D-box H/ACA snoRNA雜合基因簇。
2.3 動物中的snoRNA
在脊椎動物中，幾乎所有指導核糖體2 ' - O - 甲基化和假尿嘧啶化修飾的 snoRNA 都是由內含子編碼的，每個內含子不超過一個snoRNA。snoRNA宿主基因大多編碼與核糖體生物合成及功能行使相關的蛋白，這種特殊的基因組織形式可能協調細胞中相關功能的基因表達。
此外，一些非蛋白編碼的基因，也可以成為snoRNA 的宿主基因，在這類基因中，內含子取代外顯子發揮功能，產生穩定的RNA 表達產物，被稱為UHG (U snoRNA host gene)，如U22 的宿主基因編碼8 個 box C/D snoRNA，人類Gas5 基因編碼10 個box C/ D snoRNA，U17HG 和U19HG分別編碼U17 和U19 box H/ACA snoRNA。
與脊椎動物類似，果蠅中的大多數snoRNA 也是內含子編碼的。其中指導甲基化的snoRNA 遵循著“一個內含子只有一個snoRNA”的原則。在果蠅中也發現了類UHG基因的存在，主要編碼box C/D snoRNA。有趣的是，果蠅box H/ACA snoRNA 則主要由內含子基因簇編碼的。
某些snoRNA 分子在已研究的所有生物中都是獨立編碼，如U3、U8、U13 和7-2/MRP RNA 等。其中，U3 是唯一已知在不同生物中由不同的RNA 聚合酶轉錄的snoRNA，它在酵母和動物中由RNA 聚合酶II 轉錄，而在植物中則是RNA 聚合酶III 轉錄的。
3 snoRNA的生物學功能和研究進展
3.1 snoRNA 與真核細胞核糖體的生物合成密切相關
rRNA的生物合成并組裝成核糖體是一個非常復雜的過程。這一過程起始于RNA 聚合酶I 在核仁轉錄rDNA產生rRNA前體；新生的rRNA前體被裝配成一個80 － 90S 的小顆粒；隨著核糖體蛋白的加入，rRNA 前體結構發生重組，并進行特定位點的核苷酸修飾；最后經過剪切產生成熟的核糖體亞基。snoRNA 與這一過程密切相關，主要是指導特定位點的核苷酸修飾和參與rRNA前體的剪切加工過程[ 2, 6]。
rRNA上所有的核苷酸修飾位點都位于核心序列中，最基本的修飾在不同生物間是非常保守的。
酵母rRNA有大約55 個2'-O- 甲基化修飾位點和44 個假尿嘧啶化位點，人的rRNA中有大概105 － 107個 2'-O- 甲基化修飾位點和95 個假尿嘧啶化位點，而植物中兩種修飾位點則大概各有120 多個。 2'-O-甲基化可能能夠保護RNA避免被水解，提高疏水能力從而穩定二級結構；而尿嘧啶轉化為假尿嘧啶后，原來的氫鍵轉化為羥基鍵，對于穩定三級結構有重要意義。 2'-O- 甲基化和假尿嘧啶化修飾分別由box C/D snoRNA 和box H/ACA snoRNA 指導完成。
此外，另一些snoRNA 則參與到rRNA 前體的剪切加工中，如box C/D snoRNA U3、U8、U14、 U22 和box H/ACA snoRNA snR10、snR30 和U17/ E1、E2、E3。其中，U3、U14、U22、snR10、 U17/E1(酵母snR30)對于18S 的生成是必需的，U8 則在5.8S、28S 的剪切中起重要作用。
3.2 scaRNA指導snRNA的核苷酸修飾[9]
Cajal bodies (CBs)是一種動態的核結構，由于包含U7 snRNA 和三種RNA 聚合酶轉錄復合體，Cajal bodies 被認為參與了轉錄機制的裝配和U7 依賴的組蛋白mRNA的 3' 末端的加工過程。
此外，Cajal bodies 高度富集剪切體snRNA(U1、 U2、 U4、 U5、 U6)，這些snRNA 上也存在許多的2'-O-甲基化和假尿嘧啶化修飾位點。除pol III 合成的U6 snRNA能夠短暫性地轉移到核仁中，由snoRNA 指導完成修飾外，pol II 合成的U1、 U2、 U4 和U5 snRNA 都是在核質的Cajal body 中由 scaRNA(Cajal body-specific small RNA, scaRNA)指導完成2'-O- 核糖甲基化和假尿嘧啶化的。
在結構上，scaRNA 與snoRNA 相似，都具有box C/D 或者box H/ACA 的結構元件，但在scaRNA 中，發現了一類非常特殊的同時具有box C/D 和box H/ACA 結構域的分子，如U85、U87、U88、U89，它們可以同時指導U5和U4 snRNA的核糖甲基化和假尿嘧啶化。此外，每個box H/ACA scaRNA 有兩個特殊的CAB box(5'-ugAG-3')，這可能是它的Cajal body 定位信號。
3.3 脊椎動物的端粒酶是一個box H/ACA snoRNP 復合體[10]
端粒酶是一種RNP 逆轉錄酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)，它通過將端粒DNA 重復片斷加到真核生物染色體的末端，從而維持端粒的長度。端粒酶在腫瘤增殖及細胞老化過程中起到重要作用。人類的端粒酶RNA為染色體末端的復制提供了模板，它長451nt，5' 端包含逆轉錄酶的模板部分，3' 端的240nt 具有box H/ACA snoRNA 所特有的“發夾- 鉸鏈- 發夾- 尾”的二級結構，并結合了４個snoRNP 復合體核心蛋白。
端粒酶的 box H/ACA結構域可能指導端粒酶RNA前體的3'端加工，保證成熟RNA 的穩定性，而且能與端粒酶逆轉錄酶結合從而行使端粒酶的功能。當人類的端粒酶box H/ACA 結構域或者所結合的snoRNP 蛋白 dyskerin 發生突變時，會導致多系統的遺傳疾病， dyskeratosis congenital。
3.4 孤兒snoRNA(orphan snoRNA) 隨著snoRNA 的大量鑒定，人們發現一些小分子RNA 雖然具有 box C/D 或者box H/ACA 的典型結構，但卻找不到能與rRNA 或者snRNA 相匹配的互補序列。這類 RNA 分子被稱為孤兒snoRNA[11]。
目前，孤兒 snoRNA 的數量在不斷增加。據報道，許多不直接與核糖體生物合成相關的RNA，包括少數mRNA, 可以暫時停留在核仁中，此外在酵母中，某些 tRNA前體由RNase P催化的5'末端加工就發生在核仁，這為orphan snoRNA 作用于rRNA 和snRNA 以外的其他RNA提供了可能。特別是，在這些orphan snoRNA 中，有一群特殊的分子，它們具有明顯的組織表達特性，在下面將詳細描述。
4 基因組印跡和腦特異性表達的snoRNA
4.1 哺乳動物的基因組印跡
有性生殖使哺乳動物的每個基因擁有兩個拷貝，一個來自于父親，一個來自于母親。在大多數情況下，每對等位基因都具有轉錄活性和相同的功能。而印跡基因則不同，由于來自父系或者母系的配子在發育期間被烙上不同的外成信號，如DNA 甲基化等，而且這個烙印在后代的整個個體細胞發育過程中都維持不變，它的等位基因根據起源的性別只有一條能夠表達。
印跡基因最早發現于20 世紀80 年代。對于哺乳動物中印跡基因的數量，人們早期預測為100 － 200 個之間。最近的研究發現，根據已知印跡基因的啟動子區域的序列特征進行推算，至少有600 個基因可能是印跡基因。印跡基因常常多個聚集在一起，表現為基因簇的組織形式，同一簇內的印跡基因共享一套順式調控元件，有些基因簇甚至長達百萬個堿基。許多印跡區中都存在重復序列和非編碼 RNA 基因，其中包括大量的孤兒snoRNA 基因[11]。
4.2 腦特異性表達的snoRNA
指導rRNA和snRNA 核苷酸修飾的snoRNA 的宿主基因一般都是組成性表達的看家基因，因此這些snoRNA 也是廣泛存在于各種組織中。然而，近年來的研究發現了一批在腦中特異表達或者優勢表達的特殊的snoRNA，它們中的絕大多數都是在遺傳印跡區表達，其中，只有HBI-36/MBI-36 屬于box H/ACA snoRNA，而且與印跡無關。HBI-36 位于血清受體5'-HT2cR 的第二個內含子，5'-HT2cR 是位于X 染色體的7- 橫跨膜受體，主要在脈絡膜表達。有意思的是，雖然與印跡無關，但由于宿主基因位于X 染色體，HBI- 36 仍然是單染色體表達的。
IC-SNURF-SNRPN是一段非常復雜的父系印跡表達轉錄單元，長度超過460kb，包含有至少150 個外顯子。在人的這段區域中，外顯子1 － 3 和4 － 10 分別編碼SNURF 蛋白和SmN剪切體蛋白，但下游外顯子則缺少明顯的開放讀碼框，取而代之的是下游的內含子內編碼了至少6 種b o x C /D snoRNA，其中，24 個HBII-85 和47 個HBII-52 分子，分別位于其中的兩段串聯重復序列。而這段印跡區可能與Prader-Willi(PWS)或Angelman綜合征有關[11-13]。
大鼠中的RBII-36 同樣具有串聯重復序列，它是由非蛋白質編碼的基因Bsr 所編碼的。在人和小鼠相應的同源區域，也包含有與印跡相關的組織特異性box C/D snoRNA。其中，在小鼠該區域的印跡snoRNA 下游，還存在一段印跡microRNA 基因簇，而且，這兩段小分子RNA 的基因簇在結構上有相似之處。
有趣的是，實驗證明，當小鼠接受恐懼條件作用后的一段時間后，MBII-48 在其腦海馬區內的表達量顯著降低，而MBII-52 的表達量則顯著增加，反映了這些snoRNA 在腦的高級功能比如學習過程中可能起到重要作用。
迄今為止，唯一被證實功能的印跡snoRNA 是 HBII-52。HBII-52 具有一段18nt 序列可以與血清素受體5'-HT2cR 的可變剪接外顯子Vb 形成堿基互補配對。血清素受體5'-HT2cR 的外顯子V 有至少兩個5' 可變剪接位點，分別形成包含外顯子Va 和Vb 的異構體。外顯子Vb 編碼受體的第二個胞內環，這對于G 蛋白結合是至關重要。跳過外顯子Vb 則會導致框架移動，形成一個在第三個橫跨膜結構域后被截斷的不完整的受體。
在外顯子Vb 上至少有五個A 到I 的編輯位點。最近的研究表明，HBII- 52可以通過部分阻斷外顯子Vb上的一個沉默子而影響它的可變剪接，而且，這個沉默子也會由于外顯子Vb 上后三個編輯位點的編輯而作用減弱。與人們最初的猜測不同的是，HBII-52 對于5'-HT2cR 血清素受體的編輯并沒有直接作用。PWS患者體內沒有HBII-52，因此他們的5'-HT2cR 血清素受體是不正常的[ 13]。
5 snoRNA的起源及進化
5.1 古細菌中snoRNA類似分子的鑒定 大腸桿菌的rRNA只有4個2'-O- 核糖甲基化和10個假尿嘧啶化修飾位點，它們分別由位點特異性的核糖甲基化酶和假尿嘧啶化酶催化完成，而不需要RNA 的參與。在原核生物中，古細菌在DNA 復制、轉錄和翻譯等多方面更接近真核生物。
在古細菌中發現了box C/D snoRNA類似的2'-O- 核糖甲基化的向導sRNA，以及纖維蛋白(fibrillarin)、 Nop56/58 和p15.5KD snoRNP 復合體相關蛋白，說明 snoRNA介導的修飾系統在20至30億年前就存在于古細菌與真核生物的共同祖先中。在Sulfolobus solfataricus的rRNA上有67個核糖甲基化修飾位點，在數量上與真核生物rRNA的甲基化修飾位點相近。
古細菌的box C/D sRNA 具有真核生物box C/D snoRNA 的全部結構特征，如保守的box C、D、 C'、D' 和與靶RNA 堿基互補的反義序列，而且，它們絕大多數遵循著“box D/D'+ 5”的規則。但與真核生物的box C/D snoRNA 相比，古細菌中的 box C/D sRNA 分子較小，通常只有50 － 60nt；且幾乎全部都是雙功能分子，它的兩條反義序列可能同時指導同一RNA 分子的不同核糖甲基化位點修飾。
此外，除了能指導rRNA 的修飾，一些古細菌的box C/D sRNA 還可以與tRNA 形成10 － 13nt 的嚴謹配對，可能指導tRNA 上特定位點的修飾。
與2'-O-核糖甲基化位點的數量接近真核生物形成鮮明對比的是，古細菌只含有9 個假尿嘧啶化修飾位點，與真細菌相似。但是在古細菌中發現了3 個box H/ACA snoRNP 復合體核心蛋白，Gar1p、 Nop10p和Cbf5p的同源分子，為box H/ACA snoRNA 類似物的存在并指導古細菌rRNA假尿嘧啶化修飾提供了可能性。
隨后，４個box H/ACA sRNA 分子被鑒定出來， 其中3個與錐蟲中box H/ACA snoRNA 缺少H box 的單環結構相似，而另一個則具有3 個發夾環結構。這4 個box H/ACA sRNA 通過與修飾位點兩翼的序列形成互補配對指導rRNA上6個假尿嘧啶化位點的修飾，并遵循真核生物box H/ACA snoRNA 中靶位點與下游H/ACA 元件的間隔規則。
部分古細菌生長在極端特殊的生態環境中，包括高鹽、高溫、高壓和極端pH 值等。研究發現在極端高溫下生長的古細菌，具有更多的甲基化修飾，表明極端高溫對于能夠在rRNA 上產生更多的甲基化位點的修飾系統具有強烈的選擇傾向。一種進化模型認為，真核生物起源于嗜熱性古細菌，而真核生物繼承了這種rRNA 修飾系統[15]。
5.2 反轉座(retrotransposition)與snoRNA基因的增殖 可移動元件(mobile or transposable element)存在于所有動植物的基因組中。snoRNA 反轉座子首先發現于2002年，但直到2006 年，才有大量的box H/ACA snoRNA 反轉座子在人及其他哺乳動物中被鑒定出來[16]。
大多數box H/ACA snoRNA 反轉座子具有反轉座子的典型結構，例如兩翼序列有一對7 － 19nt 長的TSD，在3' 末端有一條poly A 尾，而且在5' 末端還有L1反轉座體系的優先識別序列5'-TTAAAA-3' 或者與其有1 － 2 個核苷酸差別的變體，說明L1 反轉座體系參與了snoRNA的反轉座過程。snoRNA通過反轉座進行基因數量的擴增，并通過位點突變產生新的功能，事實上，不少以前經過實驗鑒定的 box H/ACA snoRNA 本身就是反轉座事件的產物。
snoRNA 是一種古老的小分子非編碼RNA，它廣泛存在于各種真核生物以及古細菌中。snoRNA 不僅在核糖體的生物合成中起重要作用，而且參與了其他RNA如snRNA、tRNA甚至mRNA的轉錄后修飾或加工[11,17,18]。在過去的10 年中，對多種模式生物的snoRNA 的大量鑒定和分析，極大地豐富了我們對snoRNA 結構與功能及其基因組織和表達方式的知識，同時也提出了新的問題，例如許多特殊結構和未知功能snoRNA 的發現，特別是，在哺乳動物中發現了組織特異性的和印跡相關的孤兒 snoRNA，它們中的絕大多數都屬于box C/D 家族。
snoRNA 是細胞中一個龐大的非編碼RNA家族，在單細胞真核生物中都有幾十，甚至幾百個基因，如最近在萊茵衣藻中注釋了300多個snoRNA基因。同時，從單細胞賈第蟲到復雜的高等哺乳動物，可發現一些保守的指導r R N A 轉錄后修飾的向導 snoRNA，提示它們可能具有重要的生物學功能。然而，占snoRNA 總數90％以上的向導snoRNA 對細胞的生存和生長都不是必需的。進一步發現和闡明向導snoRNA 的生物學意義是該領域中具有挑戰性的課題。
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