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Micro RNA
简介
1.
关于
microRNA
microRNAs
（简称
miRN
A
）
是一类进化上高度守的小分子非编码
RNA
，
长度大约
22nt
左右，
具有转录后调控基因表达的功能。
第一个
microRNA
于
1993
年被发现。
2000
年之后，
关于
miRNA
的研究取得了很大进展，
目前已经有
1000
多个人类被发现，
这些
miRNA
调控至少
30%
以上的
基因表达，参与多种生理病理过程。
编码
miRNA
的基因
可能位于功能基因编码区、
非编码区，
可能成簇表达或独立表达
。
在细
胞核内，
基因组
DNA
转录生成较长的
pri-pre-micro
RNA
，
之后被
Drosha
酶切割
pri-pre-
miRNA
成形成长度大约
70-100
碱基的、具发夹结构的
pre-
mi
croRNA
。这些发夹结构的
RNA
被核输
出蛋白
exportin5
转
运到细胞质，在呗胞浆中的
Dicer
酶切割形成
19-23nt
大小的成熟的
miRNAs
产物。成熟的单链
miRNAs
与一
系列蛋白形成
miRNA
诱导的沉默复合物
(miRISC)
，结
合于靶
mR
NA
的
3ˊ
-UTR
< br>区，
阻止所结合的
mRNA
的
翻译或直接降解靶
miRNA
。
每个<
/p>
miRNA
可以
调控多个（甚至上百个）
靶基因，而特定靶
miRNA
也可以同时被多个
miRNAs
调节。
成熟的
miRNA
具有如下特点：（
1
）通常的长度为
20
～
24
nt
,
但在
3′端可以有
1
～
2
个
碱基的长度变化
;
（
2
）5′端有一磷酸基团,
3′端为羟基
,
这一特点使它与大多
数寡核苷酸和
功能
RNA
的降解片段
区别开来；（
3
）具有高度保守性、时序性和组织特异性。
序列
（特别是种子序列）
高度同源的
miRNA
被归为一个
miRNA
家族，
但这些
miRN
A
并不一
定是成簇表达的。例如
miR
-34
家族
3
个成员
miR-34a
、
b
、
c
，其中，
miR-34a
< br>位于
1
号染色
体
1p36
基因座位，单独表达；而
miR-34b
和
-34c
位于
1
1
号染色体
11q23
基因座位，成簇
表
达（图
1
），但它们都具有相同的种
子序列（图
1
），并且都受到转录因子
TP53
的调控。同一
miRNA
家族
成员功能近似（但靶基因并非完全相同）。
图
1 miRNA-34
family
成员
（
from
Hermeking
H
Cell Death
Differ
.
2010
，
17(2)
193-9
）
miRNA
的表达为转录因子调控，其表达具有时空特异性和组织特异性。调控特定的生理过
< br>程。例如，肿瘤相关基因
TP53
和
Myc
分别调控促进凋亡的
miRNA
（例如
miR34a
，最近报道该
miRNA
亦靶向调控肿瘤干细胞
biomarker CD4
4
表达，）或抑制凋亡的
miRNA
（
例如
miR-21
，
该
miRNA
在多种肿瘤细胞中高表达），后者通过调控相应的靶
mRNA
，最终促进或抑制细胞凋
亡（图
2
）。
和编码蛋白的
mRNA
相同，
miRNA
基因上游同样有启动子，启动子区的
CpG
导发生甲基
化，
也会影响下游基因表达。在一些肿瘤细胞（例如淋巴瘤）中，
miR-34a
上游
CpG
岛发生甲
基化
导致
miR-34a
表达水平降低
；而在另一些肿瘤细胞（如胰腺癌）中，
TP53
突变产生同样
结果，
显示了
miRNA
表达调控的多
层次。另外，基因缺失，重排等，以及环境因素，例如缺氧等，都
会影响
miRNA
的表达。
图
2
转录因子调节凋亡相关
miRNA
表达
（
from Cortez MA t al
Advances In Cancer Research, Vol
108
）
目前，
关于
miRNA
研究方法已经比较成熟，
< br>通过深度测序，
可以发现未知的
miRNA
，
miRNA
芯片则可以很好鉴定研究组和对照组的
差异
miRNA
，
进而通过实时荧光定
量
PCR
（
q-PCR
）
加以
验证。
运用生物信息学
分析以及数据挖掘，
寻找
miRNA
可
能的靶点以及靶序列，
可能涉及的作
用通路，之后进一步通过基
因转染、过表达或抑制目标
miRNA
观察一些表型或基因表达
变化，
以探讨发现
miRNA
的作用机
制。
或研究
miRNA
与疾病的相关性
，
发展基于
miRNA
的诊断、
疾病
分型、预后判断、药效检测和治疗，都是目前
miRNA
研究的重要内容。从
2000
< br>年至今，关于
miRNA
的文献已经超过
10000
篇，并且随着
miRNA
< br>研究的不断深入，这个数字还在加速递增。
研究方法
尽
管早在
1993
年，科学家就发现了第一个
microRNA
，但直到
2003
年以后，这种小
RNA
分子的大作用才不断被发现。研究显示
：
miRNA
通过与转录本的相互作用，关闭或抑制基因的
表达，影响了
30%
的基因。
miRNA
在多个组织中，例如正常和肿瘤组织中差异表达。因此，通
过表达谱分析寻找疾病相关
miRNA
并进行
发病机理研究，
最终应用于肿瘤诊断和治疗，
已经成
为目前
miRNA
研究的重要方向。在研究中，从
深度测序、
miRNA
芯片到通过导入化学合成的
mimics/antagomirs
等实现
miR
NA
过表达和抑制，都是研究中常用的方法。同时，在
miRN
A
研
究中，生物信息学分析扮演着越来越重要的角色。
下表介绍了
miRNA
研究和应用中科学家关注的主要科学问题以及目前常用的研究方法。
问题
目的
研究方法
深度测序
< br>&
生物信息学分析
应用
miRNA
表
有哪些
miRNA
表达？
发现新的候选
miRNA
达情况
生物信息学分析预测可能的<
/p>
miRNA
，
进一步验证
miRNA
芯片，磁珠流式细胞
miRNA
miRNA
何时表达？在
发现差异
miRNA
，
为进一步功<
/p>
表达谱
miRNA
表
哪里表达？表达差
能研究、
诊断
，
预后判断，
疗
达特征
qPCR
对
hit
miRNA
进行验证，
异？
效检测等奠定基础
Northern
Blot
，原位杂交等
生物信息学分析
qPCR
对
hit
mRNA
进行验证，
Western
Blot
等方法检测蛋白表达水平
<
/p>
miRNA
控制哪些基
因？这些基因功<
/p>
能？所在信号通
路？
< br>miRNA
功
转入
miRNA
mimics
观察相应
mRNA&
机理
研究，功能研究
（
miRNA
能分析
蛋白水平变化以及相关现象
低表达情况）
转入
miRNA antagomirs
观察相应
mRNA&
蛋白水平变化以及相关现象
（
miRNA
低表达情况）
生物信息学分析
miRNA
结合靶
mRNA
3ˊUTR
的可能序列
miRNA
如何控制靶
miRNA
确定结
机理研究
（3ˊUTR）
合位点
构建包含
miRNA
结合位点
以及位点突变的萤光素酶报告载体
进行验证
细胞水平：过表达及抑制实验（见
miRNA
功能（与
特定
miRNA
功
前），观察表型及现
象变化以及上
功能研究
疾病、表型的关系）
能分析
下游通路变化