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micro RNA(miRNA)
综述
RNA
一度被认为仅仅是
DNA
和蛋白质之间的
“
过渡
”
，
但越来越多的证据清楚的表明
，
RN
A
在生命的进程中扮演的角色远
比
RNA
我们早前设想的更为重要。
R
NA
干扰（
RNA
interf
erence
）的发现使得人们对
RNA<
/p>
调控基因表达的功能有了全新的认识，更因为可以简化替
代基因敲
除而成为研究基因功能的有力工具，因此格外引人注意，在
2002
年度
Science
评
选的
10
大科学成就中
RNAi
< br>名列榜首。随着对小分子
RNA
研究的不断深入，研究人
员开始
认识到：小分子
RNA
的世界一点都不小。有人推测：小分子
RNA
可能代表发现了一个新
层次上的基因表达调控方式。已经有很多文章介绍有关
siRNAs
以及其在
RNA
干扰中的作
用以及研究应用方法，在这里将介绍另一种越来越引人注目
――
micro
RNA
。
什么是
miRNA
Micro
RNAs
(miRNA
s)
是一种大小约
21
―
23
个碱基的单链小分子
RNA
，
是由具有发夹结构
的约
70-9
0
个碱基大小的单链
RNA
前体经过<
/p>
Dicer
酶加工后生成，不同于
siR
NA
（双链）
但是和
siRNA
密切相关。据推测，这些非编码小分子
RNA
（
miRNAs
）参与调控基因表达，
但其机制区别于介导的降解。第一个被确认的是在线虫中首次发现的
lin-4
和
let-7
，随后多
个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个
miRNAs
。
miRNA
的特征
< br>已经被鉴定的
miRNAs
据推测大都是由具有发夹结构
、约
70
个碱基大小形成发夹结构的单
链
RNA
前体经过
< br>Dicer
酶加工后生成的，有
5'
端磷酸基和
3'
羟基，大小约
21
―
25nt
的小分
子
RNA
片断，定位于
RNA
前体的
3'
端或者
5'
端。
最近
3
个研究小组分别从线虫、
果蝇和
H
ela
细胞中鉴定的
100
个新
miRNAs
中，
有
15%
跨越
线虫、果蝇和哺乳动物基因组具有高度的保守性（只
有有
1
―
2
个
碱基的区别）
，
Lau
和
Bart
el
实验室的同事更加认为：所有的
miRNAs
可能在其他物种中具有直向同源物（
Ortholog
，
指那些起源于同一祖先，
在不同生物体中行使同一功能的基因群就可比作为一个门类，
这些
类似的基因被称为
“
直向同源物
< br>”
）
。
Bantam
最早被认为是果蝇中参与细胞增殖的一个基因位点。
已知几个包含增强子的转座子
插入跨越这个位点的一段
<
/p>
12.3kb
区域会导致果蝇的眼和翅重复生长，
而由转座子介导的一
段跨越该位点的
23kb
片断缺失则导致突变果蝇个体小于野生型果蝇。
Cohen
和同事用一段
3.85kb
的片断导入
21kb
片断缺失的果蝇中使其恢复原来的大小。但是奇怪的是表达这个
3.
85kb
片断中的
EST
却没有同样的效果。
Cohen
将这个片断和疟蚊
Anopheles
gambiae
的
同源序列进行比较，发现一段
90bp
的高度保守区，经过
RNA
folding
program
(
mfold)
发
现这个保守序列可以形成发夹结构，使得这个区
段很象是一个
miRNA
的前体。这个结果经
< br>过
Northernblot
证实突变果蝇的幼体缺少一
个
21bp
的
bantam
miRNA
，用这个
90bp
< br>的
m
RNA
前体经过一系列的<
/p>
“
功能缺失
”―“
功能恢复
”
实验，证实
bantam
miRNA
在细胞增殖中
的作用。研究
人员用计算机程序检索在
hid
mRNA
的
3'
非编码区找到了
banta
m
的
3
个潜在
的结合位点
（
hid
是果蝇中一个诱导
凋亡的基因）
，
并证实
bantamm
iRNA
抑制
hid
的翻译而
非转录。
miRNAs
的表达方式各不相同。部分线虫和果蝇的
miRNA
在各个发
育阶段的全部细胞中都
有表达，而其他的
miRNA
则依据某种更为严谨的位相和时相的表达模式（
a
more
restrict
ed
spatial
and
temporal
expression
< br>pattern
）
――
在不同组
织、不同发育阶段中
miRNA
的水平有显著差异。
miRNA
的功能
<
/p>
对
microRNAs(miRNAs)
的研究正在不断增加，原因是科学家开始认识到这些普遍存在的小
分子在真核基因表达调
控中有着广泛的作用。
在线虫，
果蝇，
小鼠和人等物种中已经发现的
数百个
miRNAs
中的多数具有和其他参与调控基因表达的分子一样的特征
――
在不同组织、
不同发育阶段中
miRNA
的水平有显著差异，
这种
miRNAs
表达模式具有分化的位相性和时
序性（
differ
ential
spatial
and
temporal
expression
< br>patterns
）
，提示
mi
RNAs
有可能作为
参与调控基因表达的分子，因而具有重要意
义。
第一个被确认的
miRNA
――
在线虫中首次发现的
lin-4
和
let-7
，
可以
通过部分互补结合到目
的
mRNA
靶的
3'
非编码区
(3'UTRs)
，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白
质合成，
通过调控一组关键
mRNAs
的翻译从而调控
线虫发育进程
(reviewed
in
Pasquine
lli
2002)
。
Bantam
miRNA
是第一个被
发现有原癌基因作用的
miRNA
。除了
lin-4
、
let-7
，已知还有
一
些
miRNAs
可能参与在细胞分化
和组织发育过程中起重要作用的基因的转录后调控，例如
mir-14
< br>、
mir-23
等。
在植物
miRNAs
的研究中有两条线索提示<
/p>
miRNAs
可能参与植物的发育过程。一是在
< br>carp
el
factory
(car)
突变株中
3
个
miRNAs
的表达水平显著下降。
CARPEL
FACTORY
是一个类
似
Dicer
的酶，参与植物的发育，其缺失突变株表现为胚胎和叶片发育的
缺陷。实验结果提
示这种缺陷是由于缺少
miRNAs
加工而造成的。多数的植物
miRNAs
在某些
特定组织中高
水平表达也提示他们可能参与了植物组织的发育。
对一部分
miRNAs
的研究分析提示
：
miRNAs
参与生命过程中一系列的重要进程，包括早
期发育
(Reinhart
2000)
，
细胞增殖，
细胞凋亡，
细胞死亡
(Brennecke
< br>2003)
，
脂肪代谢
（
X
u
2003
）和
细胞分化
(Kawasaki
2003)
。此外，一个研究表明，
2
个
mi
RNAs
水平的下降和
慢性淋巴细胞白血病之间的显著相关，<
/p>
提示
miRNAs
和癌症之间可能有潜在
的关系
(Calin
2002)
。
由于
miRNAs
存在的广泛性和多样性，提示
miRNAs
可能有非常广泛多样的生物功能。尽
管
对
miRNA
的研究还处于初级阶段，
据推测
miRNAs
在高级真核生物体内对基因表达的调
控作用可能和转录因子一样重要。
有一种看法是：
miRNAs
可能代表在一个新发现的层次上
的基因表达调
控方式。然而，大多数
miRNAs
的功能仍然是个谜。
miRNA
的作用方式
最早被发现的两个
miRNAs
――
lin-4
and
let-7
被认为是通过不完全互补结合到目标靶
mR
NA3'
非编码区端，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白质合成，阻断
mRN
A
的翻译。多个果蝇
m
iRNAs
也被发现和他们的目标靶
mRNAs
的
3'
非编码区有部分同源。
由于
miRNAs
和其潜在的目标靶之间并非完全互补，这使得
通过信息学的方法鉴定
miRNA
的目标靶位点变得困难。因而
也无法确定
miRNAs
的作用方式是什么，以何种机制影响的
翻译，
以何种方式调控基因表达。
mi
RNAs
的作用目标靶和活性机制一直是各地的研究人员
的关注
热点。
在植物中目前有一个
miRN
A
和
3
个潜在的目标靶基因完全互补（
这些
scarecrow
基因编码
潜在
的转录因子）
，尽管目前还不清楚这些基因是否就是
miRNA
的目标靶，这仍是第一次
发现
miRN
A
和其潜在的目标靶完全互补，
也提示
miRNA
可能包含和
siRNA<
/p>
类似的作用方
式。
识别
miRNAs
的方法
多个研究小组采用生物化学结合是生物信息学的方法开展对
miRNA
s
的研究工作。由于据
推测都是由
Di
cer
酶降解
RNA
得到的，
21
―
23
个碱基大小
、有
5'
端磷酸基和
3'
羟基的
RNA
片断，
有的实
验室采用改良的定向克隆方法来筛选具有相同特征的小分子
――
筛选一定大小
的
RNA
分子，连接到<
/p>
3'
和
5'
的适
配子（
adapters
）
，逆转录并
通过
PCR
扩增、亚克隆并测
序。
miRNA
前体在基因组上的定位和聚类是通过向基因组数据库查询
进行。这个方法有助
于判断
miRNAs
是否是
mRNAs
、
tRNAs
、
rRNAs
等分子的降解产物。
有的实验室通过一种
RNA
folding
program
'mfold'
来判断
C.
elegans
和
C.
briggsae
之间
的高度保守区域是否含有潜在
的
miRNA
前体，
然后用
Northern
Blots
的方法来确定这些
m
iRNAs
是否真的表达了。
尽管有数百个
miRNAs
通过生化或者是生物信息学的方法被鉴别出来，已经鉴别出来的
mi
RNAs
只不过是沧海一粟，由于很多已经鉴别出来的
miRNAs
是从单个克隆中鉴别出来的，
所以可以假设还
有很多
miRNAs
在分离和鉴定过程中被
“
漏掉
”
了，测序工作还远远不够
。
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