-
MiRNA
的特征与功能
【摘要】
：
在小分子
RN
A
中发现了一类与基因表达调节密切相关的分子一微
RNA(m
iRNA)
。
miRNA
是一类真核生
物内源性小分子单链
RNA
，长度通常为
21
—
22
个核苷酸，能够通过与靶
mRNA
特
异性的碱基配对引起靶
mRNA
的降解或者抑制其翻译，
从而对基
因进行转录后表达的调控。
由
此来控制生物细胞的生长，发育，
凋亡，增殖等生理活动。
【关键词】
：微
RNA
miRNA
mRNA
转录
翻译
lin
let
。
微
RNA(microRNA
，
miRNA)
是新近发现的一类小分子
RNA
，是继小干扰
RNA(small
interfering RNA
，
s
iRNA)
之后新的研究热点之一，
2002
< br>年被美国著名杂志《科学》评为十
大科技突破的第一名。小
RNA
分子是非编码的
RNA
分子<
/p>
(noncoding
RNA
，
ncRNA)
，其控制着真
核细胞的许多功能
，
影响基因表达、
细胞周期和个体发育等多种行为
[1]
。
小
RNA
主要包括微
RNA(microRNA
，
miRNA)
和小干扰
RNA(short
interfering RNA
，
siRNA)
两类
[2]
。其中
miRN
A
成为继
siRNA
之后新的研究热点
之一。
miRNA
是一类长度很短的非编码调控单链小分子
RNA
，
长度约
2
l
～
22
个核苷酸
(
少数小于
20
个核苷酸
)
，
能够通过与靶
mR
NA
特异性的碱基配对引起靶
mRNA
的降解或者抑制其翻译，
从而对基因进行转录后表达的调控
[3
]
。
miRNA
由一段具有发夹
环结构的长度为
70
—
80
个核苷酸的
miRNA
前体
(pre
．
miRNA)
< br>剪切后生成。
它通过与其目标
mRNA
< br>分子的
3
’端非编码区域
(3'
-untranslated
region
，
3'UTR)
互补导致该
mRNA
分子的翻译受到
抑制
[4]
。
miRNA
不直接参与基因的翻译和表达，
而是具有调节其他基因表达的活性，
从而参
与生物体的生理活动
，
作为生命活动的重要调节因子存在。
尽管作为真核细胞中普遍
存在的
调控每个细胞约
1000-60000
< br>个分子
%
。
迄今人们对它的了解
并不太多比如基因结构和时空特
异性表达的实现初始转录物的特异性剪切以及前体的定向
运输，成熟
miRNA
的作用机制等。
1 miRNA
命名法则
随着
miRNA
发现和预测数量的不断增多，国际
上已经有统一针对
miRNA
的命名法则
[5]
：
使用
3~4
个字母的前缀来标明物种，如
hsa
表示人类（
Homo sapiens,
），
mmu
表示小鼠
（
Mus,musculus
）
，
dme
表示果蝇
（
Drosop0hila
melanogaster
）
等；
用
miR
表示成熟的
miRNA
，
用
mir
表示前体发夹结构。而最后的数字则表明不同的
miRNA
，也可以体现不同物种
miRNA
之间的关系，
如
has-
miR-101
和
mmu-miR-101
< br>是人和鼠的具有同源性的成熟
miRNA
。
成熟的同
源
miRNA
可能
在一个或两个位点有变异，
可用字母后缀来标注
（
mmu-miR-10a
和
mmu-miR-10b
）
，
如果变异位置明确则用数字标识（
dme-mir-281-1
和
dme-
mir-281-2
）。
2
miRNA
的合成。
在细胞核内编码
miRNA
的基因首先转录的是初始
m
iRNA(pri
—
miRNA)
，<
/p>
pri-miRNA
在一种
Drosha
RNase
的作用下，剪切为约
70
个
核苷酸，具有茎环结构的
pre-miRNA
。
pre
—
miRNA
在
Ran-
GTP
依赖的核质／细胞质转运蛋白
Exportin
5
的作用下，从核内运输到胞质中。在
Dic
er
酶
(
双链
RNA
专一的
RNA
内切酶
)
的作用下，
pre
—<
/p>
miRNA
被剪切成
21
～
22
个核苷酸的双链
miR
NA[6]
。基因转录产生的初始
miRNA(pri
—
miRNA)
很快被加工成前体初始
miRNA(pre
—
miRNA)
然后经
Dicer
酶识别剪切为成熟
miRNA
;
这些
miRN
A
都有独特而相似的结构特征。由于
miRNA
的时空特异表达性以及常规克隆方法只能克隆出较高量表达的
miRNA
，所以大部分
miRNA
都是推测而得出的结
果。
Dicer
酶是一种多结构域的
R
NaseIII
蛋白，具有
2
个纵列的
RNase
Ⅲ结构域、
1
个
ATP
结合基序以及
1<
/p>
个
dsRNA
结合域
[7]
。先成熟
miRNA
与其互
补序列结合
成双螺旋结构；随后双螺旋解旋，其中一条结合到
R
NA
诱导的基因沉默复合
(RNA
．<
/p>
induced
silencing
complex
，
RISC)
中，形成
非对称
RISC
。该复合物会结合到目标靶
mRNA
上。在大多
数情况下
(<
/p>
例如在动物中
)
，复合物中的单链
miRNA
与靶
mRNA
的
3
’
UTR
不完全互补配对，从而
阻断该基因的翻译过程。
3 miRNA
的特征
1.
从独
立的转录单位表达
:miRNA
没有开放阅读框架及蛋白质编码
基因的特点，
而是由独立
的转录单位表达。
线虫中鉴定的
miRNA
，
没有一
个与已知的表达序列标签
（
expressed
sequenece
tag
，
EFG
）相匹配，在染色体上距离已知编码基因至少
1kb
，即使位于预测的编码区附近或
预测的内含子内的
miRNA
也与标识的基因分别表达。
2.
生物间的保守性
:
一些
miRNA
的基因在进化中呈保守趋势，
在不同
生物体间行使同一功能，
这些基因称为直向同源基因（
orth
olog
）。约
12%
的
miRNA
在线虫、蝇、哺乳动物细胞间呈保
守性，
经基因组序列对比，这些保守片段中的碱基差异多为
1-2nt
仅
miR-84
和
let-7
有
5nt
的差
异，
其中
miR-1,miR-34,miR60
和
9miR-87
在脊椎动物与非脊椎动物间高度保守。
miR-1
的同源
物存在于线虫和人类的基
因组中并在斑马鱼、小鼠、牛和人类的
cDNA
中可观察到，通
过对
小鼠和人类基因组及
EST
的搜索
发现了
miR-7
的同源物。
关于
miRNA
的表达和进化保守性的假
说是：
新发现的
miRNA
，与
lin-4<
/p>
和
let-7 RNA
一起构成了一个重
要的成员众多的调节性
RNA
（
rib
oregulator
）
家族，
通过与
mRNA
内的特异靶序列的互补配对，
参与这些基因的表达调控。
3.<
/p>
具有基因簇集现象
:
线虫基因组中
miRNA
并非随机分布，
从单一前体
RNA
加工而来的共表
达
miRNA
存在基因簇集现象。例如，
2
< br>号染色体
800bp:
片段上簇集了
miRNA
横向同源基因
（
par
alog
）的
6
个克隆（
mir-35~mir41
)
，计算机分析这些克隆
并推测可能存在第
7
个克隆
（
mir-39
），经
Northern,
杂交证实了推测的正确性。同法预测了
mir-65
< br>和
mir-69
，
mir69<
/p>
经
Northern,
杂交证实，
mir-65
因表达量少未能检测到。来自一个基因丛的克隆与来自其
他基因
丛的克隆无同源性，
但同一基因丛中的克隆间却有关联。
在已测序的克隆中，
还确认了另外
4<
/p>
个基因丛。线虫
mir-3~mir-6
基因簇和
mir-42~mir-44
基因簇、人类
mir-17~mir-20
基因簇以及
线虫中包
含
8
个相关
miRNA
克隆的基因簇。
4.
阶段性
和组织特异性表达
:
lin-4
和
let-7RNA
等一些阶段性和组织特异性表达呈时间特
异性表达。一些果蝇和线虫同一基因簇编码的和线虫同一基因簇编码的
m
iRNA
在胚系或胚胎
早期呈共表达，如
mir-35~mir-41
基因簇的
miRNA
在胚胎和成虫早期高度表达，而在其他发育
阶段不表达；一个
let-7
的横向同源基因与
let-7,
呈短暂的共表达；还有一些
miRNA
在个体发
育
的各阶段呈组成性表达
[8]
。
miRNA
具有独特的序列特征，
使其在不同的细胞和组织表达过程中显示出控制个体发育的
特定功能。
部分
miRNA
在多种细胞或组织中均可表达，可能意味着在基
因表达调控中具有更
为广泛的作用。
miRNA
广泛存在于真核生物中，与其他寡核苷酸相比，主要有三点不同：①
没有开放阅
读框架及蛋白质编码基因的特点，
而是由不同于
mRNA
的独立转录单位表达的；
②
通常的长度约为<
/p>
22
个核苷酸，但在
3
< br>’端可以有几个碱基的长度变化；③成熟的
miRNA
3
’端
有一磷酸基团，
3
’端为羟基，且具有独特的序列特征，其
5
’端第一
个碱基对
u
有强烈的倾
向性，而对
G
却有抗性，但第
2
～
4
个碱基缺乏
U
< br>，一般来讲，除第
4
个碱基外，其他位置碱基
通常都缺乏
C[8-10]
。
miRNA
基因具有高度保守性，
按其调控靶基因的方式可分为两类：
第一类多见于动物，
与<
/p>
靶基因不完全互补结合，
抑制转录。
第二
类多见于植物，
与靶基因完全互补结合，
进行
< br>mRNA
的切割。但此分类并不严格。另外，目前普遍认为
miRNA
自身表达的调控主要在转录水平。
然而，和其他
RNA
类似的是
miRNA
可能于转录后水平被调节。
Obernosterer
< br>等通过实验证实
了
miRNA
的转录后调节。
4
miRNA
的功能
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