-
实用
中国科学
p>
C
辑
:
生命科学<
/p>
2009
年
第
39
卷
第
1
期
:
109
113 .scichina. na. 109
《中国科学》
杂志社
SCIENCE
IN CHINA PRESS Micro
RNA
作用机制
研究
的新
进展
爽
默
芳
中国科
学院生命科学
研究
院
生物化学与细胞生物学
研究
所
分子生物学国家重点实验室
200031
联系人
E-mail:
.
收稿日期
: 2008-09-04
接受日期
: 2008-11-28
国
家重点基础
研究
发展计划批准号
p>
: 2005CB724603
和国家自然
科学基金批准号
:
30770474
资助项目
摘要
microRNAmiRNA<
/p>
是一种非蛋白质的新型基因表达调控因子
对真核生物基因表达起非常重要的调控作用
.
关于
miRNA
的
功能
及
作用机制方面的
研究
是当前生命科学
研究
的前沿
热点
p>
研究
人员陆续提出了一些假说模型
<
/p>
诸如翻译起始抑
制、翻译起始后抑制、
m
RNA
降解、
P
小体
< br>Processing Body
SGStress Granules
颗粒扣押靶
mRNA
等来阐述
miRNA
如何
抑制其靶基因的表达
.
此外
最近还有文献报道了一些全新<
/p>
的
miRNA
作用方式
< br>
如去抑制和
miRNA
激活作用等
.
本文
< br>将简要介绍一些
miRNA
作用机制
研究
的新
进展
及
< br>相关作用
模型
.
关键词
miRNA
负调控
去抑制
正调控
P
小体
SG
颗
粒
<
/p>
准确的基因表达调控对生物体的生长发育和
功能
< br>至关重
要
基因表达调控异常是疾病发生的主要原因
.
在过去的数
十年间
< br>对基因表达调控的
研究
主要集中在蛋白质转录因子
介导的基因表达调控方面
.
研究
发现
它们通过激活或抑制基
文档
实用
因转录控制基因的表达
在基因组信息转化为分子效应和生
物效
应过程中发挥着重要的作用
.
最近
在动、植物
及
病毒
等生物中发现了一系列小分子非编码
RNA small noncoding
RNA
包括
miRNAmicroRNA siRNA small
interfering RNA
piRNApiwi-interacting
RNA
和
esiRNA endogenous
siRNA
等
它们分别在转录水平、
转录后水平
及
表观遗传水平等方面控
制
基因的表达
组成了
RNA
调控网络
调控包括细胞增殖、
分化和凋亡等一系列生理进程
影响生物体的生长发育
并与
多种人类疾病的发生密切相关
1.
这些小分子
RNA
的发现
揭示了真核生物一种新的基因表达调控方式
. m
iRNA
是小分
子非编码
RNA
家族的重要成员
. miRNA
与
siRNA
共用生成
途径和作用途径中多种蛋白质
因子
.
但二者也有一些明显的
区别
如
siRNA
主
要是由外源提供的小分子
RNA
通过
引发
靶
mRNA
的切割负调控靶基因的
表达
而
miRNA
< br>是基因组编
码的源性小分子
RNA
通常在翻译水平负调控靶
mRNA<
/p>
的
表达
. miRNA
< br>基因由
RNA
聚合酶Ⅱ或
/
p>
和Ⅲ
转录
23.
动物
miRNA
加工成熟一般需要两个
RNase
Ⅲ家族酶——
Drosh
a
和
Dicer
参与
< br>.
最近发现
AgoAr- gonaute
蛋白在
miRNA
加工
成
熟中也发挥作用
4. miRNA
调控是通过
< br>RNA
诱导基因沉默
复合物
RN
A- induced silencing complex
RISC
完成的
复合物
的核心成员是
Ago
家族蛋白
还有一些
< br>功能
未知、非
RISC
核酸酶活
性必需的蛋白成分
如
FXRP
RNA
解旋酶等
也存
文档
实用
在于复合物中
56.
通常认为
miRNA
与
Ago1
结合
组成
miRNA
效应器复合物
miRNA- RISC miRISC
执行靶
mRNA
翻译抑制
而
siRNA
与
Ago2
结合
组成
siRISC
执
行靶
mRNA
降解
7.
最近有人对这种
miRNA/siRNA
分选模型进
行了校正
认为
miRNA/siRN
A
都可以被
Ago1
或
Ago2
结合
89
这为
p>
miRNA
介导切割提供了可行性
.
p>
过去认为
Dicer
生产的
miRNA: miRNA
双链
miRNA
作为向导链被组装入
miRISC
互补链
miRNA
则被迅速降解
< br>.
但最
爽等
: MicroRNA
作用机
p>
制
研究
的新
进展<
/p>
110
近
研究
发现
虽然
miRNA
种类不如对
应的
miRNA
丰富
但它们常常以适当的生理水平存在
并
同
样可以被
Ago
蛋白结合
10. miRNA
主要是通过
5
′端被称为
种子序列
Seed
Sequence
的
7
nt
序列与位于靶
mRNA 3
′
p>
UTR
的
miRNA
调控元件
miRNA Regulatory Element
MRE
相互作
用
识别靶
mRNA11.
一些靶
mRNA
的其他特征
如
MRE
附
近富含
AU
序列、靶
mRNA
与
miRN
A
的
1316
位碱基配对、
MRE
距离终止密码子
15 nt
以外、
不位于长
3
′
UTR
的中间、
邻近共表达
miRNA
的识别位点等
可增加
miRNA
的作用效
率
12. miRNA
与靶
mRNA
之间的配对程度决定了
miRISC
抑
制靶
mRNA
的方式
:
高度配对的
miRNA
如大部分植物
miRNA
将通过类似
于
siRNA
的作用机制
导致靶
mRNA
切
割和降
解
相反
在
动物部分
miRNA
与靶
mRNA
p>
不完全配对
则可能是通过翻译抑制发挥作用
.
在过去的几年间
研究
者陆
文档
实用
续提出了一些不同的、甚至互相矛盾的假说模型
来解释
miRNA
如何抑制其靶基因表达
.
但对
miRNA
准确
的作用机
制
目前还没有统一的观点
.
本文将简述
miRNA
作用机制
p>
研
究
的新
进展
p>
及
miRNA
的一些新
功能
. 1
miRNA
翻译起始抑制
机制
关于
miRNA
翻译起始抑制机制目前主要有
3
种观点
:
第一种观点认为
miRNA
可能通过抑制全能性核糖体的组装<
/p>
而阻断翻译起始
13.
因为
研究
发现被
miRNA
沉
默的
mRNA
没有或鲜有偶联完整的核糖体
部分
研究
者认为
miRNA
可能
通过抑制全能性核糖体的组装而阻断翻
译起始
13.
这种观点
被至少两个新近的证据支持
:
Thermann
等人
14
在一个体外
研
究
中发现
果蝇的
miR-2
抑制全能性核糖体的
前体
-48S
翻译
复合物的组装
该复合物添加
60S
亚基后即形成全能性核糖
体
Che
ndrimada
等人
15
发现
EIF6
是一种可以抑制核糖体
40S
和
60S
亚基结合
、
阻断
80S
全
能性核糖体形成的蛋白
与
Ago/RISC
直接相互作用
并且在哺乳动物和线虫中
缺失
EIF6
影响
miRNA
介导基因沉默
.
然而
RISC
是否通过与
EIF6
< br>相互作用诱导
40S
和
60S<
/p>
核糖体解聚还有待于进一步的
研究
.
第二种观点根据
miRNA
抑制要求靶
mRNA m7G
帽
子的存在
认为
miRISC
可能抑制翻译起始复合物的形成
1316.
这个假说最近也找到了一些新证据
:
研究
者在一个体
外系统中发现
增加
eIF4F
复合物含有
< br>m7G
帽子结合蛋白、
翻译起始因子
< br>eIF4E
水平可回复
miRNA
翻译抑制
17
与之一
文档
实用
致的是
另一个
研究
组
18
发现
Ago2
中间结构域类似于
eIF4E
具有结合
m7G
帽子的活性
推测经
< br>miRNA
招募到靶
mRNA
3
′
UTR
的
Ago2
与起始复合物
eIF4E/G
竞争结合
m7G
帽子
从而抑制翻译起始复合物的形成
.
此外
miRNA
还可能通过
阻止
polyA
结合蛋
白
poly A binding protein PABP
与
mRNA
结合影响翻译起始
. W
akiyama
等人
19
发现
miRNA
引起靶
m
RNA
脱腺嘌呤反应
deadenylation
导致
mRNA
的
polyA
尾
巴缩短
但
mRNA
的稳定性似乎
并不受影响
只是
polyA
尾巴
缩短使
PABP
结合
mRNA
受阻
从而影响了翻译起始
. 2
miRNA
翻译起始后抑制
虽然上述证据支持
miRNA
抑制翻
译起始
但也有
研究
p>
发现
一些被
mi
RNA
抑制的
mRNA
与翻
译活跃性的多核糖体偶联
说明有一些
miRNA
的抑制作用不
是发生在翻译起始
2021.
此外
Petersen
等人
22
发现
经部核
糖体进入位点
Internal
Ribosome En-try Site
IRES
起始、不依
赖于
mRNA m
7G
帽子的翻译也可以被
miRNA
抑
制
这进一
步证明
miRNA
抑制是发生在翻译起始之后
.
虽然这些
研究
证明了
miRN
A
沉默作用确实是发生在翻译起始后、新生多
肽完成前
但关于
miRNA
究
竟如何在翻译起始后发挥抑制作
用
目前还没有一致的结论
.
研究
者推测
miRNA
可能引起新
生多肽链的翻译同步降解
21
或者是在翻译延伸过程中
miRNA
引发大量的核糖体脱落
及
高频次的翻译提前终止
产
生的不完
整多肽产物则被迅速降解
22. 3 miRNA
介导
mRNA
文档
实用
衰减
Wu
等人
23
首先发现
miRNA
可以诱导与之不
完全配对
靶
mRNA
的衰减
下调靶
mRNA
的水平
.
这种
miRNA
< br>诱导
mRNA
衰减的作用机制被随后的证据所支持
24
如在斑马鱼
的早期胚胎发育中
miR-430
控制母本
mRNA
的代谢
表明
miRNA
介导的
mRNA
衰减机制具有生理学意
义
25.
与之一
致的是
Ago
蛋白被发现定位于细胞中降解
mRNA
的
RNA
颗
粒
RNA
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生命科学
2009
年
第
39
卷
第
1
期
111 granules
如
P
p>
小体
processing
bodies
中
这些
RNA
颗粒中
包含常规的
mR
NA
降解酶
如脱腺嘌呤酶、脱帽酶、核酸外
切酶等
提示这些
mRNA
降解酶可能参与
p>
miRNA
介导的
mRNA
衰减
2627.
此外
p>
miRISC
的核心成分——
Ago
家族蛋
白有多种异构体
其中一些成员的切酶活性也可能协助
miRNA
介导的
p>
mRNA
的切割和
/
或衰减
2428.
总之
这些证据
都表明
miRNA
可以直接或间接介导靶
mRNA
的降解
这改
变了最初认为的
miRNA
调控仅翻译抑制作用的观点
. 4 RNA
颗粒扣押、降解或储存靶
mRNA
胞浆的
RNA
颗粒
如
P<
/p>
小
体和
SGStress Gran-
ules
颗粒
在转录后水平的基因表
达调控
中具有重要的作用
它们是细胞储存处于翻译抑制状态
mRNA
的场所
.
在此
mRNA
被降解或
/
和释放重新进入翻译
机器
29. P
小体含有多种
mRNA
p>
衰减机器的组分
被认为是细
胞的
mRNA
代谢场所
SG
颗粒特异性地在受胁迫条件下形
成
因此被命名为胁迫颗粒
Stress Granule.
从组成成分看来
文档
实用
SG
颗粒更倾向于沉默
mRNA
翻译
而不降解
mRNA. P
小体
和
SG
颗粒常常彼此并列
动态关联
二者含有一些相同的组
分
如帽子结合蛋白
eIF4E
和翻译抑制子
rck/p54
但它们的成
分并不完全相同
暗示可能有
功能
差别
.
因为发现它们与
miRNA
作用相关联
可能是
miRNA
< br>的胞作用场所
这两种
RNA<
/p>
颗粒最近受到特别关注
.
一些证据表明
在
miRNA
存在
下
miRISC
中的核心组分
及
与
miRISC
结合的
mRNA
p>
定位于
P
小体和
S
G
颗粒中
262730.
而且
有证据表明
P
小体的形成
与
RNA
沉默相关联
抑制
P
小体的形成将抑制
miRNA
介
导
的翻译抑制
反过来
抑制
RISC
也同样抑制
P
小体的形成
p>
更
值得注意的是
一些
研究
证明
siRNA/miRNA
都可以在哺乳
动物细胞和果蝇细胞中诱导
P
小体的形成
31.
鉴于
P
小体和
SG
颗粒的在联系
可以推
测
P
小体和
SG
颗粒可能执行相互
联系但又不同的
功能
.
推测被
miRISC
结合的
p>
mRNA
进入
P
小
体和
SG
颗粒中
即被这些
RNA
颗粒中的翻译抑制子剥夺
< br>了与核糖体和翻译机器结合的可能性
从而使
mRNA
处于翻
译抑制状态
达到了基因沉默的目的
.
但是
扣押的
mRNA
下
一步命运如何尽管不少的证据支持
< br>miRNA
介导靶
mRNA
的<
/p>
衰减
但也发现
在很多情况下
miRNA
仅降低了靶基因的蛋
白水平
靶基因的
mRNA
水平却无明显变化
.
这使得我们有
理由推测
在靶
mRNA
被扣押到
RNA
颗粒解除翻译后
可能
随即会进行一个
mRNA
衰减或储存的分拣步骤
. P
小体和<
/p>
SG
文档
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