下载文档原格式
Micro RNA简介1.关于microRNAmicroRNAs （简称miRNA）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-microRNA，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- microRNA。
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mRNA的3ˊ-UTR区，阻止所结合的mRNA 的翻译或直接降解靶miRNA。
每个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miRNA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位于1号染色体1p36基因座位，单独表达；而miR-34b和-34c位于11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。
microRNA——药物开发的新靶点摘要微小RNA（microRNA）是一类长约22 nt的非编码单链RNA，由前体经酶作用而得，它是细胞的内源性物质，普遍存在于动植物中，高度保守，在生命体的生长、发育、疾病发生发展的过程中起到了基因调控作用，它与重大疾病，如肿瘤、心脏疾病、神经性疾病等都有着密切的关联，因此成为新药开发的一个重要新靶点，以它为靶点的药物设计和药物研发工作也在不断探索中。
本文就其研究的历史、生物合成和作用机制、生物功能、与疾病的关系以及以microRNA为靶点的药物设计的研究情况做一个简单的综述。
ABSTRACT microRNA is a class of ~22 nt small non-coding single chain RNA which is an endogenous substance and produced from precursor through enzymatic reaction. microRNAs are highly conserved and are ubiquitous in both animals and plants. They act as the regulators in the growth and proliferation of cells，and play an important role in the development of many diseases. These make microRNAs become promising new targets for the discovery of new drugs. A lot of research works have been involved in studying and designing novel drugs targeting microRNAs. In this paper，the discovery，biosynthesis and mechanism as well as biologic function of microRNA are reviewed.KEY WORDS microRNA；drug development；target1 microRNA的研究历史1993年Lee等[1]在对秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）进行遗传分析时发现了第一个microRNA——lin-14，它的长度为22核苷酸（nt），它是一个非编码的单链RNA，可以控制细胞的发育，通过反义的RNA-RNA反应在转录后水平下调lin-14蛋白的表达。
非编码RNA类型及功能汇总，吐血推荐！作者：解螺旋·麦子如需转载请注明来源：解螺旋·医生科研助手导语非编码RNA种类繁多，家族庞大，没一定的方法根本就记不住都有谁。
麦子有一套记忆心得来帮助大家记住这些非编码RNA的种类和功能，免得老板问起来什么都不知道。
非编码RNA由于功能强大，站上舞台摇曳生姿已久，前几日老谈问我：“非编码RNA除了热门的miRNA，lncRNA还有啥啊？”我本想不屑一顾，结果：“多呢，还有tRNA，rRNA, 什么什么RNA来着，反正那几个嘛！呀，我好忙呢！”额，只能一溜烟儿就跑了。
这下老谈又要笑我脑子里还是浆糊了！其实我只是脑子一热忘了而已。
为了证明我渊博的学识，麦子今天就跟大家一起简单梳理一下非编码RNA的种类和功能，防止大家像我一样闹笑话~首先，有时候它们会被按长度划分种类：小于50 nt：microRNA，siRNA，piRNA；50 nt到500 nt：rRNA，tRNA，snRNA，snoRNA，SLRNA，SRPRNA 等等；大于500 nt：包括长的mRNA-like的非编码RNA，长的不带polyA 尾巴的非编码RNA等等。
不过，麦子感觉如果上面这样记不住，咱们也可以按照功能划分来记嘛：tRNA（转运RNA）:氨基酸转运gRNA（导引RNA）：mRNA编辑snRNA（核内小分子RNA）：mRNA加工（剪接和成熟）snoRNA（核仁小分子RNA）：rRNA加工（切割和修饰）Telomerase RNA：DNA复制SRP（信号识别颗粒）-RNA：参与蛋白质的转运分泌piRNA:与Piwi蛋白家族成员相结合调控生殖细胞另外还有•Lin-4：发育控制反义RNA（antisence RNA for development control）•rps14：核糖体生物合成反义RNA（antisence RNA for ribosome biogenesis）•dsRNA（双链RNA）：基因沉默（gene silence）•Xist (Xi-specific transcript)&其反义RNA Tsix：X染色体失活•端粒 RNA参与 DNA端粒合成并影响细胞的寿命•tmRNA参与破损mRNA蛋白质合成的终止等。
microRNA简介microRNA的发现（Discovery）1993年，Lee，Feinbaum和Ambros等人发现在线虫体内存在一种RNA（lin-4），是一种不编码蛋白但可以生成一对小的RNA转录本，每一个转录本能在翻译水平通过抑制一种核蛋白lin-14的表达而调节了线虫的幼虫发育进程。
对于出现这种现象的原因，科学家们猜测是由于基因lin-14的mRNA的3'UTR区独特的重复序列和lin-4之间有部分的序列互补造成的。
在第一幼虫阶段的末期降低lin-14的表达将启动发育进程进入第二幼虫阶段。
7年后科学家又发现了第二个miRNA－let-7，let-7相似于lin-4，同样可以调节线虫的发育进程。
自从let-7发现以来，应用随机克隆和测序、生物信息学预测的方式，又分别在众多生物体如病毒、家蚕和灵长类动物中发现了成千的miRNAs。
被鉴定的miRNAs均被miRBase网站整理并加以注释。
此网站由著名的Sanger研究所主办，并对公众开放。
（）microRNA的生物起源（Biogenesis）miRNAs起源于内源性表达转录本，是长约21-25nt的双链RNA 分子，其典型特征是具有发卡结构。
图1表述了对当前miRNA和siRNA起源的理解。
miRNA途径开始于一个miRNA基因的pri-miRNA（PrimarymiRNA）转录本（step 1）；这个70－100nt的发卡RNAs（pri-miRNA）在核内被核糖核酸酶Drosha加工处理而最终成为pre-miRNA（Precursor miRNA，）（step 2）；之后pre-miRNA被核输出蛋白exportin 5转运入胞质（step 3），接着被第二个核糖核酸酶Dicer消化为21－25nt的miRNA（step 4）；这个阶段的miRNA可以结合RISC（RNA-Induced Silencing Complex）并与靶标mRNA互补并列（step5－6）；miRNA和靶序列的互补程度决定了靶基因mRNA要不在翻译水平被部分抑制，要不完全断裂（step 7）。
microRNA简介转录本的类型是多种多样的，除了编码蛋白的RNA外，还有很多非编码蛋白的RNA, noncoding RNA, 简称ncRNA。
在ncRNA中，根据长度又分成两类，长链非编码RNA, 指的是长度在200bp以上的非编码RNA, 缩写为lncRNA; 对于长度在50bp以下的RNA, 统称为small RNA。
small RNA包含了很多类型的小RNA, 比如miRNA, siRNA等，其中miRNA是研究的最为官方，最为成熟的小RNA。
miRNA是一类长度在18到36bp的非编码RNA, 关于miRNA长度的范围有很多说法，也有说是20到24bp之间的，大部分miRNA 的长度在21或者22bp左右，miRNA的形成过程如下首先由miRNA gene转录生成初级miRNA转录本，简称pri-miRNA, pri-miRNA的长度在300到10kbp之间,然后进一步加工生成带有茎环结构stem-loop的miRNA前体，简称pre-miRNA, pre-miRNA长度在70到90bp之间，最后在pre-miRNA的5’端和3’端分别剪切形成成熟的miRNA, 即maturemiRNA, 所以一个pre-miRNA可能产生两个成熟的miRNA。
关于miRNA的作用机制，研究的也比较清楚。
miRNA的功能属于转后后修饰调控，主要通过和mRNA的3’UTR区进行结合，结合区域称之为`seed`，当结合区域的序列完全配对时，诱导mRNA降解，当只有部分序列配对时，抑制mRNA的翻译，从而发挥一个负调控的机制，示意图如下对于miRNA而言，除了研究其表达水平上的组织特异性，时间，空间特异性之外，miRNA靶标基因的研究也是重要的一环，由于miRNA研究起步早，研究热度高，有很多数据库可供参考，在后续文章中会详细介绍。
·end·。
RNAi技术及其实验操作点击次数：252 发布时间：2010-11-14 14:04:09RNAi技术及其实验操作目前对RNAi （RNA interference）的定义有很多种，不同的资料对其定义的侧重点也不尽相同，如果将RNAi看作一种生物学现象，可以有以下定义：①RNAi是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。
②RNAi是有dsRNA参与指导的，以外源和内源mRNA为降解目标的转基因沉默现象。
具有核苷酸序列特异性的自我防御机制，是一种当外源基因导入或病毒入侵后，细胞中与转基因或入侵病毒RNA同源的基因发生共同基因沉默的现象。
如果将其作为一门生物技术，则定义为：①RNAi 是指通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA（有义RNA 和反义RNA）,从而诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。
②RNAi是指体外人工合成的或体内的双链RNA（dsRNA）在细胞内特异性的将与之同源的mRNA降解成21nt～23nt 的小片段，使相应的基因沉默。
③RNAi是将与靶基因的mRNA 同源互补的双链RNA（dsRNA ）导入细胞,能特异性地降解该mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默（post - transcriptional gene silence , PTGS）。
各种不同定义虽然说法不同，但所描述事实是大体相同的，简单地可以说，RNAi就是指由RNA介导的基因沉默现象。
也就是说，RNAi技术是利用RNAi为原理，在体外利用化学或酶促合成siRNA，也可构建在体内合成siRNA的质粒或病毒表达载体，然后利用传统微注射磷酸钙法、电穿孔转染法、脂质体介导转染等方法转染细胞从而致使靶基因沉默的技术。
RNA干扰有很多方法：①化学合成法：应用最广泛但成本昂贵，体外合成的长21nt、3`端带有2个游离核苷酸的siRNA较其它形式合成的RNA具有更大效率的降解目的mRNA的效果。
MicroRNA的生物学功能及其在植物胁迫耐受中作用的研究进展高鹏，杨靓，朱延明东北农业大学生命科学学院，哈尔滨（150030）E-mail：westvirginiapp@摘要：小RNA(microRNA，miRNA)是一类在真核生物中广泛存在的小分子RNA ，它们的长度只有18-25个碱基。
miRNA能调节真核生物的基因表达。
这篇综述简要介绍了miRNA 的生物学功能、作用机制、研究方法及最近的研究进展。
另外，研究发现miRNA在植物胁迫反应中扮演着重要角色，所以，本文也着眼于miRNA在植物胁迫中的研究进展。
关键词：microRNA，基因表达，胁迫耐受中图分类号：Q344+.141.miRNA的发现microRNA（miRNA）是一种小分子单链RNA，通常只有22碱基。
它们能与其他蛋白编码基因mRNA的局部互补，并抑制靶基因的表达。
1993年Lee等在研究线虫发育缺陷时发现了lin-4基因。
该基因并不编码蛋白，但是却在线虫胚胎发育后期起到至关重要的作用。
lin-4的突变能使线虫停留在“L1”发育阶段，不能变成成虫。
接下去的研究发现，lin-4的转录产物是一个22碱基的RNA，并且它能与lin-14基因的3’非翻译区（3’UTR）互补，而lin-14是一个线虫从“L1”到“L2”发育阶段的重要基因。
lin-4能阻止lin-14表达LIN-14蛋白达到控制胚胎发育的目的[1]。
不久let-7（也是一个小RNA基因）也被发现了[2]。
这些说明线虫的发育受到一系列RNA的调控。
不久后，从线虫到果蝇，再到人类甚至植物的几乎所有真核生物中都发现了miRNA的存在，而且有证据表明这些miRNA分子是从同一祖先sRNA进化而来的基因家族[3]。
2.miRNA作用机制2.1 miRNA的产生过程在生物体中存在2种miRNA：即基因间miRNA（intergenic miRNA）和内含子miRNA （intronic miRNA）。
昆虫学报Acta Entomologica Sinica ，January 2015，58（1）：90－98doi ：10.16380/j.kcxb.2015.01.012基金项目：国家自然科学基金项目（31372258）作者简介：赵连丰，男，1990年生，吉林洮南人，硕士研究生，细胞生物学专业，E-mail ：zlf237@163．com ；宋佳晟，男，1985年生，博士研究生，生物化学与分子生物学专业，E-mail ：songjiasheng@ioz．ac．cn #共同第一作者Authors with equal contribution*通讯作者Corresponding author ，E-mail ：szhou@ioz．ac．cn 收稿日期Ｒeceived ：2014-07-04；接受日期Accepted ：2014-11-21MicroＲNA 在昆虫变态及生殖过程中的调控作用赵连丰#，宋佳晟#，周树堂*（中国科学院动物研究所，农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室，北京100101）摘要：MicroＲNA （miＲNA ）是一类广泛存在于真核生物中的小分子非编码ＲNA ，通过抑制靶基因的翻译过程或降解靶基因的mＲNA ，在转录后水平上调控基因表达。
在昆虫中已报道了大量的miＲNA ，其中部分miＲNA 的功能得到了解析。
在昆虫变态过程中，let-7，miＲ-100，miＲ-125，miＲ-34，miＲ-14，miＲ-8，miＲ-281和miＲ-252-3p 能够作用于保幼激素或蜕皮激素信号通路，影响昆虫蜕皮、化蛹或翅、足及神经系统的发育。
在昆虫生殖阶段，bantam ，miＲ-184和miＲ-275影响生殖干细胞的分化或卵子发生。
本文在介绍miＲNA 生物合成和作用机制的基础上，重点对昆虫变态与生殖过程中miＲNA 的最新研究进展进行综述。
关键词：miＲNA ；生物合成；转录后调控；昆虫变态；昆虫生殖中图分类号：Q966文献标识码：A 文章编号：0454-6296（2015）01-0090-09MicroＲNAs in insect metamorphosis and reproductionZHAO Lian-Feng #，SONG Jia-Sheng #，ZHOU Shu-Tang *（State Key Laboratory of IntegratedManagement of Pest Insects and Ｒodents ，Institute of Zoology ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100101，China ）Abstract ：MicroＲNAs （miＲNAs ），a class of small non-coding ＲNAs in animals ，plants ，fungi and viruses ，regulate the gene expression at post-transcriptional level through translational repression ormＲNA degradation．A large number of miＲNAs have been reported in insects ，but the number of miＲNAs with documented functions is limited．During insect metamorphosis ，let-7，miＲ-100，miＲ-125，miＲ-34，miＲ-14，miＲ-8，miＲ-281and miＲ-252-3p have been demonstrated to function in juvenilehormone and /or ecdysone mediated signaling pathways and to modulate the development of wings ，legs and neuronal system．In insect reproduction ，bantam ，miＲ-184and miＲ-275have been found to regulatethe differentiation and maintenance of female germ line cells as well as the oogenesis．We summarized here the recent advances in the roles of miＲNAs in insect metamorphosis and reproduction．Key words ：miＲNA ；biosynthesis ；post-transcriptional regulation ；insect metamorphosis ；insect reproductionLee 等（1993）首次在秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans 中发现小分子ＲNA lin-4能够使lin-14基因在翻译水平上受到抑制。
miRNA(microRNA)家族的研究进展叶 茂 陈跃磊 明镇寰3(浙江大学生命科学学院,杭州310029)摘要 近年来,科学家在许多真核生物中发现了一类能时序调控发育进程,长度约为21个核苷酸的小分子RNA,并称其为miRNA(microRNA).最近研究表明,它与早先在RNAi(RNA interference)中发现的siRNA (small interfering RNA)具有很大的相关性,并在不同水平上参与了生物体内的遗传调控和基因重组等重要过程.miRNA基因调控的特殊方式,高度的保守性,可能的加工机制以及它的发现所引发的讨论已引起人们的普遍关注.关键词 miRNA,siRNA,时序调控学科分类号 Q522 1993年,Lee等[1]在秀丽新小杆线虫(Caenorhabditis elegan)中发现了第一个能时序调控胚胎后期发育的基因li n24.时隔7年之后, Reinhart等[2,3]同样又在线虫C.elegans中发现了第二个异时性开关基因let27,并将这类基因所编码的能时序调控发育进程,长度约为21个核苷酸(nt)的小分子RNA称为st RNA(small temporal RNA).近一年来,随着生物信息学的发展、分子克隆技术的改进和模式物种cDNA文库的建立,美国和德国等科研人员又相继在线虫(C.elegans和C.briggsae)、果蝇(D rosophila melanogaster)、HeLa细胞、斑马鱼(Danio rerio)、拟南芥(A rabi dopsis thaliana)和水稻(O ryz a sativa)等许多真核模式生物和细胞中找到了上百个相类似的小分子RNA,并将其称为miRNA(microRNA),而基因li n24和let27所编码的st RNA则被认为是miRNA的代表[4～9].尽管有很多方面仍不明了,但目前还是普遍认为,miRNA并不是mRNA和其他RNA简单的破碎产物,而是很可能存在着一个庞大的miRNA家族,在不同水平上发挥着发育控制、基因调控、RNA切割和基因重组等方面的功能[10～12].基于最新的研究成果,本文对miRNA 的特点,可能的功能及其加工调控机制,let27基因的保守性和miRNA的研究前景作一简要综述.1 miRNA的特点miRNA有3个明显特征:a1广泛存在于真核生物中,是一组不编码蛋白质的短序列RNA,它本身不具有开放阅读框架(ORF);b1通常的长度为20～24nt,但在3′端可以有1～2个碱基的长度变化(对miRNA的具体长度范围尚无统一标准,在拟南芥和烟草中发现的26nt RNA,和在四膜虫(Tet rahymenas)中发现的能使大核部分DNA失活的28nt RNA也被归于其中[10]);c1成熟的miRNA,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[4～7].除此之外,多数miRNA还具有高度保守性、时序性和组织特异性.miRNA基因不是随机排列的,其中有一些是成簇的(cluster),而且簇生排列的基因常常协同表达[4～6].最典型的是一组高度相关的miRNA基因(m i r35～m i r41)集中簇生在C.elegans2号染色体的1kb片段上,并从同一个前体上加工形成7个成熟的miRNA[6].这样的例子还有很多,如miR26的前体中簇生着3个仅有细微差异的重复序列[5].关于簇生排列的原因尚未见深入研究.细胞特异性和组织特异性是miRNA表达的主要特点.由实验显示,在组织培养的S2细胞(即Schneider22细胞,从发育20～24h的果蝇胚胎中提取得到)可发现miR212等,却无法找到miR23～miR26[5].类似地,miR2171(也有文献称之为miR239)在拟南芥的花序和花组织中高水平表达,而在茎、叶组织中却没有表达的迹象[8].虽然被miR2171(miR239)调控的基因在其他组织中也都存在,但仅在花序组织中大量表达,这就使人怀疑 3通讯联系人. Tel:0571288273604,E2mail:zhming@ 收稿日期:2002211220,接受日期:2002212228miRNA的表达和分布是否决定了组织和细胞的特异性.而另一部分miRNA在不同细胞、组织和物种间的表达,可能意味着它们在基因表达调控等方面具有更为广泛和普遍的作用.目前,大多数已发现的miRNA的表达都具有时序性.m i r3～m i r7基因只在果蝇早期胚胎形成时表达,而miR21、miR28和miR212的含量在果蝇幼虫阶段急剧上升并在成虫期维持在较高水平.与此同时,在所有阶段都存在的miR29和miR211的含量却急剧减少[5].基因表达的严格或不严格时序性,表达水平的显著变化,以及所在组织和细胞的特异性,都暗示着miRNA可能参与了深远而复杂的基因表达调控,并决定发育和行为等的变化[13].2 miRNA的功能及可能的加工机制对li n24和let27的研究表明,miRNA的主要功能很可能是进行转录后调控(posttranscriptional regulation).成熟的miRNA存在着与靶mRNA的3′端非翻译区(U TR)互补配对的位点,两者识别结合,使翻译无法进行,从而抑制基因表达[4～8].但也有研究表明,有些miRNA能与mRNA中的开放阅读框(ORF)结合.这种下调机制往往引起发育过程中某种特定蛋白质的数量急剧减少,从而成为进入下一个发育阶段的标志[11,14].目前已知的miRNA的功能多与发育的时序调控有关,但也可能参与了空间发育、应激性、细胞周期和基因重组等过程[13].虽然目前在一些真核模式生物中发现了miRNA,在原核生物中仍没有miRNA的相关报道,但还是不能肯定miRNA的这种调控机制是真核生物所特有的.相信随着研究的深入,在这方面会有新的进展.迄今的研究认为,miRNA的形成需要Dicer酶的参与,Dicer酶是一种多结构域的RNaseⅢ蛋白,它具有两个纵列的RNaseⅢ结构域、一个A TP结合基序(Dead盒RNA解螺旋酶域,Dead2box RNA helicase domain),以及一个dsRNA(double2 stranded RNA)结合域.其加工过程可能是:首先在Dicer酶的参与下,将一个约70nt、具有茎环结构的稳定的前体加工成为一个不稳定的双链RNA 分子,然后迅速降解成约22nt的单链RNA分子,之后再被PPD(PAZ&Piwi domain)蛋白质家族的成员识别结合,形成一个RNA2蛋白质复合体,即miRNA核蛋白体(miRNP),进而形成成熟的miRNA,以反义RNA的形式与靶基因3′端U TR 结合,引起翻译阻遏(图1).这种加工可以从前体两端的任意一端开始,但就目前情况而言,从前体3′端加工得到的miRNA要比5′端的多,这也说明了前体的3′和5′位置并不是识别加工过程中的决定因素[4～7].在整个加工过程中,Dicer酶的识别和加工过程需要A TP供能,而后来与PPD蛋白质家族的识别结合却不需要A TP的参与[15].果蝇中发现的Dicer与线虫中的Dcr21,人细胞中发现的Helicase2MOI,拟南芥中的CARPEL FACTOR (CAF)等同源物构成一个Dicer酶家族[8,13,16,17]. PPD蛋白质家族的成员包括果蝇中的Ago2、线虫C.elegans中的Rde21、拟南芥中的Ago1、真菌中的Qde22以及转录延伸因子eIF2C2等.Fig11 Model for a common pathw ay in which miRNAs direct translational repression and siRNAs direct targetRNA destruction(RNAi)[12]图1 miRNA产生翻译阻遏和siRNA指导RNAi的共同途径的模型[12]小RNA双链复合物推测是短时存在的中介物. 上述加工机制与siRNA(small interfering RNA)的加工作用过程极其相似(图1).siRNA 也是一类长度为21～25nt的双链RNA,同样在Dicer酶参与下,由dsRNA加工而来.它能与靶mRNA互补配对,结合后导致mRNA降解,使基因沉默,这也就是RNA干涉(RNA interference, RNAi)的机理.早期研究认为miRNA与siRNA没有多大关联,因为两者存在着明显的区别:miRNA 为单链,siRNA 为双链;miRNA 与mRNA 的3′2U TR 并不完全配对,而siRNA 却是完全互补的;在正常生长的动物中一般不会有RNAi 和RNA 沉默的现象,只有在外源性RNA 导入的情况下才会发生.但最新的研究表明这两者之间似乎具有很大的相关性,如Llave 等[11]在拟南芥中发现miR 2171(miR 239),它可与转录因子S CL (Scarecrow 2like )家族3个成员的内部序列完全互补,并能使它像与siRNA 结合那样被降解.而先前发现的let 27本身就参与形成一个RNA 诱导沉默复合物(RNA 2induced silencing complex ,RISC ),进入RNAi 途径[12].通过免疫沉淀法,有人在哺乳动物细胞内发现了miRNP ,它是一种eIF2C2/GEMIN3/GEMIN4复合物,后两种蛋白质与运动神经元的存活(survival of motor neurons ,SMN )有关[18].关于miRNP 的组分争议比较多,因为采用不同方法在不同生物中提取得到的蛋白质复合物成分不一样.最新研究认为miRNP 就是RISC.Hutvagner 和Zamore 通过实验,认为miRNA 或siRNA 功能的发挥取决于miRNA 与靶结合位点匹配的程度,而用于识别miRNA 进入何种生化途径的PPD 蛋白家族中的很多成员都是RISC 的组分,这使得miRNA 与siRNA 功能界限变得不清晰[12,16].因此从这个意义上说,将miRNA 和siRNA 合为一个小分子RNA 家族就显得更为科学合理了.3 miRNA 的保守性许多miRNA 的保守性非常显著[3～8].在线虫C.elegans 中所发现的miRNA ,85%都可以在C.briggsae 的基因组中找到同源序列[6],而在拟南芥中发现,16个miRNA 中的8个也可以在水稻基因组中找到完全一致的序列.同样,miR 2171(miR 239)的相似序列在拟南芥、水稻和烟草中可用杂交比对的方法探测到[11].这种高度的保守性被认为与其功能的重要性有着密切的关系,同时也为生物早期进化的同源性提供了某种证据.最具有miRNA 保守性的是let 27RNA ,它广泛存在于两侧对称的生物体中(图2).这种只有21nt 的RNA 在脊椎动物、半索动物、软体动物、环节动物以及节肢动物等的生物中都可找到,却不存在于某些刺胞动物和海绵动物中.let 27序列的保守性的确令人吃惊,线虫C.elegans 中的let 27miRNA 可以在果蝇基因组,人的第9、11和22条染色体上各找到一个与之完全一致序列,另外在人的第9条染色体上还有一个仅差1个核苷酸的序列[3].Fig 12 Phylogenetic comparison of let 27RNA expression in anim als [3]图2 动物中let 27RNA 表达情况的系统发生比较[3]“+”表示在该物种体内存在let 27RNA 的表达,“-”表示在该物种体内无法探测到let 27RNA ,“Dev.”表示该物种发育早期没有let 27RNA ,但成体后出现let 27RNA 的表达. 为了更好地体现许多物种中let 27基因的高度保守性,并反映物种间的亲缘关系,我们查询了美国国家生物信息中心(NCB I )数据库(http :// )和不久前建立的非编码RNA (Non 2coding RNA ,ncRNA )数据库(http ://biobases.ibch.poznan.pl/ncRNA/micro.html ),采用生物信息学的方法,用clustalw (114版)和treeview (win32)(1101010版)软件对2002年10月之前发现的21个let 27基因及其同源序列进行多序列比对,并做出相应的系统进化树图(图3).Fig 13 An evolutionary and phylogenetic tree of let 27gene and its homologs in Homo sapiens ,M us musculus ,Caenorhabditis elegans and Caenorhabditis briggae 图3 在人、小鼠、线虫C.elegans 和C.briggae 中发现的let 27基因及其同源序列的系统进化树 从let 27基因的高度保守性我们可以猜测它出现在进化的早期.虽然在有些生物中未发现它的踪影,但也可能是所测试的基因遗失或分化,不能排除这些生物的共同先祖拥有let 27的可能性[3].如果let 27确是共同祖先早期就拥有的基因,那么与它协同作用的RNA 2蛋白质的进化必然也已长期存在.这样就极有可能解释let 27的高度保守,因为基因和其相互作用的RNA 2蛋白质复合物这两者中任何一方的改变都要另一方付出巨大的代价,这就可能是它与目标基因协同进化的结果.4 关于miRNA 的讨论和展望411 miRNA 为什么选择这样的长度有人认为,21nt 可能是已知的mRNA 表达过程中所需的最小热力学稳定长度,而且将70nt 左右的前体加工为21nt 左右的miRNA ,其速度要比从mRNA 转录到蛋白质翻译调控的全过程快得多,因此采用这种方式就能更加迅速地调控基因表达[4].我们也认为大约21nt 的排列组合可以满足它所要调控的基因数量,而不会造成浪费,并且转录的长度越短,转录时的出错率也就越小,这对调控过程可能更为有效.412 miRNA 的数量尽管迄今为止已发现了100多个miRNA ,但可以肯定的是这个数目远未达到饱和,因为许多脊椎动物的miRNA 仅被发现了一次[13],这也说明miRNA 的低水平表达.现在有很多miRNA 是在混合期细胞中发现的,如果能仔细筛选出细胞类型或特定时期,就有可能发现比较罕见的miRNA.长期以来人们也为高等和低等生物之间复杂性的基因根源困惑不已.人基因组中的编码基因约有315万个,除去重组可能引起的功能复杂,大量的非编码DNA 的作用仍待确定,也许它们在物种差别上起到了重要的作用.Mattick [19]声称内含子和非编码DNA 占据了人类基因组转录的95%以上,而一个由G ingeras 领导的小组[20]更是在人的21,22染色体上,发现高于预期10倍以上的DNA 序列被转录,这些都使我们对新miRNA 的发现充满希望.413 miRNA 和siRNA 的进化关系siRNA 和miRNA 的界限已越来越不明显了,两者加工和表达机制上的相似性,使人们推测它们都是早期RNA 在进化上的遗留物,并逐步被蛋白质调控所代替.现在争论较多的是这两种机制的从属关系和进化顺序.以前曾有人认为siRNA 是miRNA 的补充,因为miRNA 参与正常情况下生长发育的调控,而siRNA 不参与动物体的正常生长,只有在外源性dsRNA 诱导下才产生.到底哪个出现得更早些,是RNA 的彻底降解还是表达的抑制?我们倾向于在早期的生命进化中,类似于siRNA 的调控机制出现得更早,并且它可能是早期基因调控的主要方式.因为外源基因的入侵在早期的生物进化中就出现了,采取这种方式就能比较有效地破坏外源基因并且防止转座子转移.但是这种基因的抑制方式过于彻底,导致调节的不可逆,而且费力费时,所以在进化过程中可能逐步产生了miRNA 来代替它,从而使miRNA 成为发挥调控作用的主导因子.鉴于最近一年有关miRNA 的研究获得了突破性的进展,《Science 》杂志将它和先前发现的siRNA 所组成的小分子RNA评为2002年的年度突破. miRNA对中心法则中RNA次要的中介角色的重要补充,将促使生物学家重新思考细胞遗传调控及其发育等方面的问题.我们相信,随着研究的深入, miRNA将在生命起源和早期进化、基因复杂性、疾病原理等方面起到更为深远的作用.致谢 miRNA的发现者之一,美国麻省理工学院Bartel教授、Lau硕士和美国麻省医科大学Zamore 教授为本文的完成提供了相关咨询和资料,浙江大学生命科学院傅承新教授对本文的完成也给予悉心指导,在此一并表示衷心感谢!参 考 文 献1 Lee R C,Feinbaum R L,Ambros V.The C.elegans heterochronic gene li n24encodes small RNAs with antisense complementarity to lin214.Cell,1993,75(5):843～8542 Reinhart B J,Slack F J,Basson M,et al.The212nucleotide let2 7RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans.Nature,2000,403(6772):901～9063 Pasquinelli A E,Reinhart B J,Slack F,et al.Conservation of the sequence and temporal expression of let27heterochronic regulatoryRNA.Nature,2000,408(6808):86～894 Ruvkun G.Molecular biology:glimpses of a tiny RNA world.Science,2001,294(5543):797～7995 Lagos2Quintata M,Rauhut R,Lendeckel W,et al.Identification of novel genes coding for small expressed RNAs.Science,2001,294(5543):853～8586 Lau N C,Lim L P,Weinstein E G,et al.An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans.Science,2001,294(5543):858～8627 Lee R C,Ambro V.An extensive class of small RNAs inCaenorhabditis elegans.Science,2001,294(5543):862～864 8 Reinhart B J,Weinstein E G,Rhoades M W,et al.MicroRNAs in plants.G enes&Dev,2002,16(13):1616～16269 Llave C,Kasschau K D,Rector M A,et al.Endogenous and silencing2associated small RNAs in plants.Plant Cell,2002,14(7):1605～161910Baulcombe D.DNA events:an RNA microcosm.Science,2002, 297(5589):2002～200311Llave C,Xie Z X,Kasschau K D,et al.Cleavage of Scarecrow2 like mRNA targets directed by a class of A rabi dopsis miRNA.Science,2002,297(5589):2053～205612Hutvágner G,Zamore P D.A microRNA in a multiple2turnover RNAi enzyme complex.Science,2002,297(5589):2056～206013McManus M T,Sharp P A.G ene silencing in mammals by small interfering RNAs.Nature Reviews G enetics,2002,3(10):737～74714Dennis C.G ene regulation:The brave new world of RNA.Nature,2002,418(6894):122～12415Holen T,Amarzguioui M,Wigger M T.Positional effects of short interfering RNAs targeting the human coagulation trigger tissue factor.Nucleic Acid Research,2002,30(8):1757～176616Ishizuka A,Siomi M C,Siomi H.A Drosophila fragile X protein interacts with components of RNAi and ribosomal proteins.G enes &Dev,2002,16(19):2497～250817Hutvágner G,McLachlan J,Pasquinelli A E,et al.A cellular function for the RNA2interference enzyme dicer in the maturation of the let27small temporal RNA.Science,2001,293(5531): 834～83818Mourelatos Z,Dostie J,Paushkin S,et al.miRNPs:a novel class of ribonucleoproteins containing numerous microRNAs.G enes& Dev,2002,16(6):720～72819Mattick J S,G agen M J.The evolution of controlled multitasked gene networks:The role of introns and other noncoding RNAs in the development of complex organisms.Mol Biol Evol,2001,18(9):1611～163020Kapranov P,Cawley S E,Drenkow J,et rge2scale transcriptional activity in chromosomes21and22.Science,2002, 296(5569):916～919Progress in The R esearch of miRNAs(microRNAs)F amilyYE Mao,CHEN Yue2Lei,M IN G Zhen2Huan3(College of L if e Science,Zhejiang U niversity,Hangz hou310029,China)Abstract Recently,a class of～21nucleotides(nt)small RNA have been discovered in many eukaryotes, termed miRNAs(microRNAs),which were first identified as key temporal regulators in development.So far, large quantities of studies have revealed that miRNAs have played important roles in genetic control at many different levels and rearrangement of genome.Besides,its association with siRNA(small interfering RNA) previously discovered in RNAi(RNA interference)in the further researches becomes much closer than it has ever been considered.Its pathway directing translational repression,the surprisingly high conservation of certain miRNA,the mechanism of process of mature miRNA and genetic regulation compared with that of siRNA were focused.Finally several discussions arising peopleπs interests caused by the discovery of miRNA are made.K ey w ords miRNA,siRNA,temporal regulation 3Corresponding author.Tel:862571288273604,E2mail:zhming@ Received:November20,2002 Accepted:December28,2002。
