microRNA简介

micro RNA

MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为22 个核苷酸的非编码单链RNA 分子，它们在动植物中参与转录后基因表达调控。到目前为止，在动植物以及病毒中已经发现有28645 个miRNA 分子(Release 21: June 2021) 。大多数miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇(cluster) 的形式存在于基因组中(Lagos2Quintanaet al , 2001 ; Lau et al , 2001) 。

中文名MicroRNA

性 质非编码单链RNA 分子

特 点由内源基因编码的长度等

缩 写miRNA

简介

MicroRNA (miRNA) 是一类内生的、长度约为20-24个核苷酸的小RNA，其在细胞内具有多种重要的调节作用。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNA也可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。据推测，miRNA调节着人类三分之一的基因。最近的研究说明大约70 %的哺乳动物miRNA 是位于TUs区( transcription

micro RNA

units , TUs ) ( Rodriguez et al ,2004) , 且其中大局部是位于内含子区( Kim &Nam , 2006) 。一些内含子miRNA 的位置在不同的物种中是高度保守的。miRNA 不仅在基因位置上保守, 序列上也呈现出高度的同源性(Pasquinelli etal , 2000 ; Ruvkun et al , 2001 ; Lee & Ambros ,2001) 。miRNA 高度的保守性与其功能的重要性有着密切的关系。miRNA 与其靶基因的进化有着密切的联系, 研究其进化历史有助于进一步了解其作用机制和功能。

MicroRNA

MicroRNA〔miRNA〕是一类内生的、长度约20-24个核苷酸的小RNA，几个miRNAs也可以调节同一个基因。可以通过几个miRNAs的组合来精细调控某个基因的表达。据推测，miRNA调节着人类三分之一的基因。

MicroRNA存在多种形式，最原始的是pri-miRNA，长度大约为300~1000个碱基；pri-miRNA经过一次加工后，成为pre-miRNA即microRNA前体，长度大约为70~90个碱基；pre-miRNA再经过Dicer酶酶切后，成为长约20~24nt的成熟miRNA。

实际研究中，pre-miRNA应用最早，也最广泛，很多商业化的MicroRNA库都是pre-miRNA形式的。近几年来，研究发现microRNA的双臂对成熟miRNA的形成有着十分重要的作用，所以天然的pri-miRNA形式越来越多地被研究者采用。

MicroRNAs (miRNAs)是一种大小约21—23个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹构造的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，不同于siRNA〔双链〕但是和siRNA密切相关。据推测，这些非编码小分子RNA〔miRNAs〕参与调控基因表达，但其机制区别于siRNA介导的mRNA降解。第一个被确认的miRNA是在线虫中首次发现的lin-4 和let-7，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNAs。

特征

已经被鉴定的miRNAs据推测大都是由具有发夹构造，约70个碱基大小形成发夹构造的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成的，有5’端磷酸基和3’羟基，大小约21—25nt的小分子RNA片断，定位于RNA前体的3’端或者5’端。

3个研究小组分别从线虫、果蝇和Hela细胞中鉴定的100个新miRNAs中，有15%跨越线虫、果蝇和哺乳动物基因组具有高度的保守性〔只有有1—2个碱基的区别〕。Lau 和Bartel 实验室的同事更加认为：所有的miRNAs可能在其他物种中具有直向同源物〔Ortholog，指那些起源于同一祖先，在不同生物体中行使同一功能的基因群就可比作为一个门类，这些类似的基因被称为“直向同源物〞〕。

Bantam 最早被认为是果蝇中参与细胞增殖的一个基因位点。几个包含增强子 micro RNA

的转座子插入跨越这个位点的一段区域会导致果蝇的眼和翅重复生长，而由转座子介导的一段跨越该位点的23kb片断缺失那么导致突变果蝇个体小于野生型果蝇。Cohen和同事用一段的片断导入21kb片断缺失的果蝇中使其恢复原来的大小。但是奇怪的是表达这个片断中的EST却没有同样的效果。Cohen将这个片断和疟蚊Anopheles gambiae的同源序列进展比拟，发现一段90bp的高度保守区，经过RNA folding

program (mfold)发现这个保守序列可以形成发夹构造，使得这个区段很象是一个miRNA的前体。这个结果经过Northern blot证实突变果蝇的幼体缺少一个21bp的bantam miRNA ，用这个90bp的mRNA前体经过一系列的“功能缺失〞—“功能恢复〞实验，证实 bantam miRNA在细胞增殖中的作用。研究人员用计算机程序检索在hid mRNA的3’非编码区找到了bantam的3个潜在的结合位点〔 hid是果蝇中一个诱导凋亡的基因〕，并证实 bantam miRNA抑制hid 的翻译而非转录。

miRNAs的表达方式各不一样。局部线虫和果蝇的miRNA在各个发育阶段的全部细胞中都有表达，而其他的miRNA那么依据某种更为严谨的位相和时相的表达模式〔a more restricted spatial and temporal

expression pattern〕——在不同组织、不同发育阶段中miRNA的水平有显著差异。

功能

科学家开场认识到这些普遍存在的小分子在真核基因表达调控中有着广泛的作用。在线虫，果蝇，小鼠和人等物种中已经发现的数百个miRNAs中的多数具有和其他参与调控基因表达的分子一样的特征——在不同组织、不同发育阶段中miRNA的水平有显著差异，这种miRNAs表达模式具有分化的位相性和时序性〔 differential spatial and temporal expression patterns〕，提示miRNAs有可能作为参与调控基因表达的分子，因而具有重要意义。

第一个被确认的miRNA——在线虫中首次发现的lin-4和let-7，可以通过局部互补结合到目的mRNA靶的3’非编码区(3’UTRs)，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白质合成，通过调控一组关键mRNAs的翻译从而调控线虫发育进程(reviewed in Pasquinelli 2002)。

bantam miRNA是第一个被发现有原癌基因作用的miRNA。除了lin-4、let-7，还有一些miRNAs可能参与在细胞分化和组织发育过程中起重要作用的基因的转录后调控，例如mir-14、mir-23 等。

在植物miRNAs的研究中有两条线索提示miRNAs可能参与植物的发育过程。一是在carpel factory

(car) 突变株中3个miRNAs的表达水平显著下降。CARPEL FACTORY 是一个类似Dicer的酶，参与植物的发育，其缺失突变株表现为胚胎和叶片发育的缺陷。实验结果提示这种缺陷是由于缺少miRNAs加工而造成的。多数的植物miRNAs在某些特定组织中高水平表达也提示他们可能参与了植物组织的发育。

对一局部miRNAs的研究分析提示：miRNAs参与生命过程中一系列的重要进程，包括早期发育(Reinhart 2000)，细胞增殖，细胞凋亡，细胞死亡(Brennecke 2003〕，脂肪代谢〔Xu 2003)和细胞分化(Kawasaki 2003)。此外，一个研究说明，2个miRNAs水平的下降和慢性淋巴细胞白血病之间的显著相关，提示miRNAs和癌症之间可能有潜在的关系(Calin 2002)。

由于miRNAs存在的广泛性和多样性，提示miRNAs可能有非常广泛多样的生物功能。尽管对miRNA的研究还处于初级阶段，据推测miRNAs在高级真核生物体内对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要。有一种看法是：miRNAs可能代表在一个新发现的层次上的基因表达调控方式。

然而，大多数miRNAs的功能仍然是个谜。

MicroRNA的过表达

MicroRNA存在多种形式，最原始的是pri-miRNA ，长度大约为300-1000个碱基pri-miRNA经过一次加工后，成为pre-miRNA 即microRNA前体，长度大约为70-90个碱基；pre-miRNA再经过Dicer酶酶切后，成为长约20-24nt的成熟miRNA 。

实际研究中，pre-miRNA应用最早，也最广泛，目前很多商业化的MicroRNA库都是pre-miRNA形式的。近几年来，研究发现microRNA的双臂对成熟miRNA的形成有着十分重要的作用，所以天然的pri-miRNA形式越来越多地被研究者采用。

MicroRNA的下调

化学合成的miRNA inhibitors ，用于下调目的细胞中的miRNA ，以实现loss-of function研究。

如果您需要进展长期、稳定的miRNA下调，那么可以选用载体形式的miRNA inhibitor。其转染效率高，下调效果好，可以实现对目的miRNA的长期、稳定的下调。

载体形式的miRNA inhibitor，采用的方法如miRNA sponge法，这也是目前SCI文献中用的较多的一种方法。

作用方式

microRNA-RISC对靶基因mRNA的作用一直主要取决于它与靶基因转录体序列互补的程度，有三种方式。

第一种是切断靶基因的mRNA分子——miRNA与靶基因完全互补结合，作用方式和功能与siRNA非常相似，最后切割靶mRNA。在植物中，大局部miRNA都以这种方式，靶基因mRNA断裂后，无poly(A)的分子的3‘ 端加上多个U并很快降解，含poly(A)的分子能稳定存在一段时间〔如拟南芥miR-171〕。在植物中目前有一个miRNA和3个潜在的目标靶基因完全互补〔这些scarecrow 基因编码潜在的转录因子〕，尽管还不清楚这些基因是否就是miRNA的目标靶，这仍是第一次发现miRNA 和其潜在的目标靶完全互补，也提示miRNA可能包含和siRNA类似的作用方式。

第二种是抑制靶基因的翻译——作用时与靶基因不完全互补结合，进而阻遏翻译而不影响mRNA的稳定性，这种miRNA是目前发现最多的种类〔如线虫lin-4〕。而在植物中极少数的miRNA通过此方式来抑制靶基因。

第三种是结合抑制——具有以上两种作用模式：当与靶基因互补结合时，直接靶向切割mRNA；当与靶基因不完全结合时，起调节基因表达的作用。[1]

识别方法

多个研究小组采用生物化学结合是生物信息学的方法开展对miRNAs的研究工作。由于据推测都是由Dicer酶降解RNA得到的，21—23个碱基大小、有5’端磷酸基和3’羟基的RNA片断，有的实验室采用改进的定向克隆方法来筛选具有一样特征的小分子——筛选一定大小的RNA分子，连接到3’和5’的适配子〔adapters〕，逆转录并通过PCR扩增、亚克隆并测序。miRNA前体在基因组上的定位和聚类是通过向基因组数据库查询进展。这个方法有助于判断miRNAs是否是mRNAs、tRNAs、rRNAs等分子的降解产物。