【醫學百科●microRNAs】

楊籍富

【醫學百科●microRNAs】

 

拼音

 

microRNAs

 

概述microRNAs（miRNAs）是一種小的，類似于siRNA的分子，由高等真核生物基因組編碼，miRNA通過和靶基因mRNA堿基配對引導沉默復合體（RISC）降解mRNA或阻礙其翻譯。

 

miRNAs在物種進化中相當保守，在植物、動物和真菌中發現的miRNAs只在特定的組織和發育階段表達，miRNA組織特異性和時序性，決定組織和細胞的功能特異性，表明miRNA在細胞生長和發育過程的調節過程中起多種作用。

 

microRNAs定義microRNAs是一類進化上保守的非編碼小分子RNA，具有在翻譯水平調控基因表達的功能。

 

盡管第一個microRNA早在1993年被發現，一直到最近幾年這類基因的多樣性和廣泛性才被揭示出來。

 

據推測脊椎動物基因組有多達1000個不同的miRNAs，調控至少30%以上的基因表達。

 

microRNAs的特性在個體發育過程中起重要作用在組織中廣泛表達，在不同組織中表達不同參與病毒感染過程和原癌基因有關

 

microRNAs的生成在細胞核內，基因組DNA轉錄生成較長的RNA分子（可長達1000nt），被雙鏈RNA特異的核糖核酸酶Drosha切割成長度大約70-100堿基的、具發夾結構的RNA分子（前體microRNA）。

 

這些發夾結構的RNA通過核輸出蛋白exportin5機制轉運到細胞質，然后被第二個雙鏈RNA特異的核糖核酸酶Dicer切割，得到19-23nt大小的成熟的miRNAs產物。

 

成熟的單鏈miRNAs與類似RNA誘導沉默復合物(RISC)結合，并參與RNA干擾反應(RNAi)。

 

在動物中，結合在復合物上的miRNA以一種目前尚未完全清楚的機制結合到序列基本互補(并非完全互補)的mRNA上----但這種結合往往不像RNAi反應那樣參與mRNA降解----而是阻止所結合的mRNA的翻譯，導致相應基因表達水平的下降。

 

大約60%的miRNAs為獨立表達，15%左右的miRNAs成簇表達，還有25%的miRNAs位于內含子。

 

miRNA原理miRNA基因通常是在核內由RNA聚合酶II(polII)轉錄的，最初產物為大的具有帽子結構(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴(AAAAA)的pre-miRNA。

 

pre-miRNA在核酸酶Drosha和其輔助因子Pasha的作用下被處理成70個核苷酸組成的pre-miRNA。

 

RAN–GTP和exportin5將pre-miRNA輸送到細胞質中。

 

隨后，另一個核酸酶Dicer將其剪切產生約為22個核苷酸長度的miRNA:miRNA*雙鏈。

 

這種雙鏈很快被引導進入沉默復合體(RISC)復合體中，其中一條成熟的單鏈miRNA保留在這一復合體中。

 

成熟的miRNA結合到與其互補的mRNA的位點通過堿基配對調控基因表達。

 

與靶mRNA不完全互補的miRNA在蛋白質翻譯水平上抑制其表達（哺乳動物中比較普遍）。

 

然而，最近也有證據表明，這些miRNA也有可能影響mRNA的穩定性。

 

使用這種機制的miRNA結合位點通常在mRNA的3’端非翻譯區。

 

如果miRNA與靶位點完全互補（或者幾乎完全互補），那么這些miRNA的結合往往引起靶mRNA的降解(在植物中比較常見)。

 

通過這種機制作用的miRNAs的結合位點通常都在mRNA的編碼區或開放閱讀框中。

 

每個miRNA可以有多個靶基因，而幾個miRNAs也可以調節同一個基因。

 

這種復雜的調節網絡既可以通過一個miRNA來調控多個基因的表達，也可以通過幾個miRNAs的組合來精細調控某個基因的表達。

 

隨著miRNA調控基因表達的研究的逐步深入，將幫助我們理解高等真核生物的基因組的復雜性和復雜的基因表達調控網絡。

 

目前只有一小部分miRNAs生物學功能得到闡明。

 

這些miRNAs調節了細胞生長，組織分化，因而與生命過程中發育、疾病有關。

 

通過對基因組上miRNA的位點分析，顯示其在發育和疾病中起了非常重要的作用。

 

一系列的研究表明：miRNAs在細胞生長和凋亡，血細胞分化，同源異形盒基因調節，神經元的極性，胰島素分泌，大腦形態形成，心臟發生，胚胎后期發育等過程中發揮重要作用。

 

例如，miR-273和lys-6編碼的miRNA，參與線蟲的神經系統發育過程；

 

miR-430參與斑馬魚的大腦發育；

 

miR-181控制哺乳動物血細胞分化為B細胞；

 

miR-375調節哺乳動物胰島細胞發育和胰島素分泌；

 

miR-143在脂肪細胞分化起作用；

 

miR-196參與了哺乳動物四肢形成，miR-1與心臟發育有關。

 

另有研究人員發現許多神經系統的miRNAs在大腦皮層培養中受到時序調節，表明其可能控制著區域化的mRNA翻譯。

 

對于新的miRNA基因的分析，可能發現新的參與器官形成、胚胎發育和生長的調節因子，促進對癌癥等人類疾病發病機制的理解。

 

miRNA特點廣泛存在于真核生物中,是一組不編碼蛋白質的短序列RNA,它本身不具有開放閱讀框架(ORF);通常的長度為20～24nt,但在3′端可以有1～2個堿基的長度變化;成熟的miRNA5′端有一磷酸基團,3′端為羥基,這一特點使它與大多數寡核苷酸和功能RNA的降解片段區別開來；

 

多數miRNA還具有高度保守性、時序性和組織特異性。

 

miRNA功能分析miRNA的功能分析可采用類似標準基因的方法進行分析。

 

miRNA的上調可用于鑒定功能獲得表型；

 

抑制或下調可以研究功能缺失表型（表2和圖22）。

 

上調與下調的結合可用于鑒定被特定miRNA調節的基因，以及特定miRNA參與的細胞進程。

 

主要應用包括：miRNA靶定位點的鑒定和驗證篩選調節某個特定基因表達的miRNAs篩選影響某個特定細胞進程的miRNAs細胞中miRNA的上調可以通過轉染合成的miRNAs或表達miRNAs的質粒來實現。

 

使用合成miRNAs有幾個好處：對于永生化的細胞，小分子RNA的轉染效率可以接近100%，合成miRNAs的高效轉染對于高通量應用如miRNA功能篩選尤其有利小分子RNA如miRNA可以通過電轉很容易的進入原代細胞而不會顯著引起細胞死亡合成miRNA可以用不同濃度進行轉染，利于劑量反應研究與質粒產生的miRNA不同，參與翻譯調控的合成miRNA分子的序列是確定的。

 

由于miRNA剪切和激活機制尚未完全明確，目前仍難以保證由質粒表達的目標miRNA分子的加工和激活。

 

引用：http://big5.wiki8.com/microRNAs_42673/