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micro RNA
MicroRNA (miRNA)
是一类由内源基因编码的长度约为
22
个核苷酸的非编码单链
RNA
分子,
它们在动植
物中参与转录后
基因表达调
控
。到目前为止,
在动植物以及病毒中已经发现有
28645
个
miRNA
分子
(Release 21: June 2014)
。
大多数
miRNA
基因以单拷贝、
多拷贝或
基因簇
(cluster)
的形式存在于基因组中
(Lagos2Quintanaet
al , 2001 Lau et al , 2001)
。
中文名
MicroRNA
性
质
非编码单链
RNA
分子
特
点
由内源基因编码的长度等
缩
写
miRNA
简介
MicroRNA
(miRNA)
是一类内生的、长度约为
20-24
个核苷酸的小
RNA
,其在细胞内具有多种重要
的调节作用。每个
miRNA
可以有多
个靶基因,而几个
miRNA
也可以调节同一个基因。这种复杂
的调节网
络既可以通过一个
miRNA
来调控多个基因的表达,也可以通过几个
miRNA
的组合来精
细调控某个基因的
表达。
据推测,
mi
RNA
调节着人类三分之一的基因。
最近的研究表明大约
70 %
的哺乳动物
miRNA
是位于
TUs
区
(
transcription
micro RNA
units , TUs ) ( Rodriguez et al ,2004)
,
且其中大部分是位于内含子区
( Kim &Nam ,
2006)
。一些
内含
子
miRNA
的位置在不同的物种中是高度保守的。
miRNA
不仅在基因位置上保守
,
序列上也呈
现出高度的
同源性
(Pasquinelli etal ,
2000 Ruvkun et al , 2001 Lee & Ambros ,2001)
。
miRNA
高度的
保守性
与其功
能的重要性有着密切的关系。
miRNA
与其靶基因的进化有着密切的联系
,
研究其进化历史有助于进一步了
解其作用机制和功能。
MicroRNA
MicroRNA
(
miRNA
)
是一
类内生的、长度约
20-24
个核苷酸的小
RNA
,
几个
miRNAs
也可以调节同
一个基因。可以通过几个
miR
NAs
的组合来精细调控某个基因的表达。据推测,
miRNA
调节着人类三分之
一的基因。
MicroRNA
存在多种形式,最原始的是
pri-miRNA
,长度大约为
300~1000
个碱基;
pri-miRNA
经过
一次加工后,成为
pre-miRNA
即
microRNA
前体,长度大约为
70~90
p>
个碱基;
pre-miRNA
再经过
Dicer
酶酶切后,成为长约
20~24n
t
的成熟
miRNA
。
实际研究中,
pre-miRNA
< br>应用最早,
也最广泛,
很多商业化的
MicroRNA
库都是
pre-miRNA
形式的。
近几年来,
研究发现
microRNA
的双臂对成熟
miRNA
< br>的形成有着十分重要的作用,
所以天然的
pri-
miRNA
形式越来越多地被研究者采用。
MicroRNAs (miRNAs)
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
70-90
个碱基大小的单链
RNA
前体经过
Dicer
酶
加工后生成,不同于
siRNA
(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
siRNA
介导的
mRN
A
降解。
第一个被确认的
miRNA<
/p>
是在线虫中首次发现的
lin-4
和<
/p>
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
。
特征
已经被鉴定的
p>
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
Dicer
酶
加工后生成的,有
5’
端磷酸基和
3’
羟基,大小约
21<
/p>
—
25nt
的小分子
RNA
片断,定位于
RNA
前体的
3’
端或者
5’
端。
3
个研究小组分别从线虫、果
蝇和
Hela
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
Bartel
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
(
Ortholo
g
,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
”
)。
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
micro
RNA
的
转座子
插入跨越这个位点的一段
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<
/p>
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
3.8
5kb
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
3.85k
b
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<
/p>
90bp
的高度保
守区,经过
RNA folding program (mfold)
发现这个
p>
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。这个结果经过
Northern
blot
证实突变果蝇的幼体缺少一个
21bp
的
bantam miRNA
,用
< br>这个
90bp
的
mRNA
前体经过一系列的
“
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
bantam
< br>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
bantam miRNA
抑制
hid
的翻译而非转录。
miRNAs
p>
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 restricted spatial and
temporal
expression pattern
)
——
在不同组织、不同发育阶段中
mi
RNA
的水平有显著差异。
功能
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(
differential spatial and temporal
expression patterns
),提示
miRNA
s
有可能作为参与调控基因
表达的分子,因而具有重要意义。<
/p>
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’<
/p>
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
mRNA
s
的翻译从而调控线虫发育进程
(reviewed in
Pasquinelli 2002)
。
bantam miRNA
是第一个被发现有原癌基因作用的<
/p>
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
、
mir-23
等。
在植物
miRNAs
的研究中有两条线索提示
miRNAs
可能参与植物的发育过程。一是在
carpel 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 200
0)
,细胞增殖,
细胞凋亡
,细胞死亡
(Brennecke
2003
),脂肪代谢(
Xu
2003)
和细胞分化
(Kawasaki 2003)
。此外,一个研究表明,
2
个
miRNAs
水平的下降和
慢性淋巴细胞白血病
之间的显著相关,
提示
miRNAs
和癌症之间可能有潜在的关系
(Calin
2002)
。
由于
< br>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
< br>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
< br>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。
MicroRNA
的过表达
MicroRNA
存在多种形式,最原始的是
p
ri-miRNA
,长度大约为
300-1000
个碱基
pri-miRNA
经过
< br>一次加工后,成为
pre-miRNA
即
microRNA
前体,长度大约为
70-90
p>
个碱基;
pre-miRNA
再经过
Dicer
酶酶切后,成为长约
20-24n
t
的成熟
miRNA
。