小分子核糖核酸

miRNA基因通常由RNA聚合酶Ⅱ轉錄[12][13]，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，其會交互形成幾百個核苷酸長的miRNA前體，稱作pri-miRNA[12][8]。當在3'UTR(3'非編碼區)中發現莖-環前體時，該轉錄物可以作為pri-miRNA和mRNA[8]。 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(mammalian-wide interspersed repeats)啟動子單元[14]。

人類Drosha蛋白的X射線晶體結構與兩個DGCR8分子（綠色）的C端螺旋複合體。Drosha包含兩個核糖核酸酶III結構區域（藍色和橙色），雙鏈RNA結合結構區域(黃色)，以及含有結合兩個鋅離子的平台結構域（灰色）。來源：PDB 5B16.

單個pri-miRNA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pri-miRNA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)[15][16]。

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pri-miRNA的髮夾彎[17][18]。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（pre-miRNA）。有許多對於有效加工重要的pre-miRNA下游的序列基序(Sequence motif)，已被識別鑑定了[19][20][21]。

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[22]。 有多達16％的pre-miRNA可以透過核RNA編輯改變[23][24][25]，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pri-miR-142，其會導致核糖核酸酶Tudor-SN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miR-376的種子區域)[23]。

人類exportin-5蛋白（紅色）與Ran-GTP（黃色）複合物和pre-miRNA（綠色）及雙核苷酸突出端識別元件（橙色）。來源：PDB 3A6P.

核細胞穿梭蛋白Exportin-5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。 Exportin-5-mediated介導運輸到細胞質是能量依賴的(主動運輸)，其使用GTP來綁定Ran蛋白。[26]

在細胞質中，前miRNA髮夾會被由RNaseIII酶Dicer所切割[27] ，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接3'和5'臂的環[28] ，產生長度為22個核苷酸的不完全的miRNA：miRNA*雙鏈體[27] 。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[27][29] 。

此外，一些富含G的pre-miRNA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pre-miRNA 92B就使用G-四聯體，來抵抗Dicer在細胞質中的介導切割。[30] 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。

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Dicer-like1（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Hua-Enhancer1（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。[31]