miRNA的特征、功能及識(shí)別方法等詳解
什么是miRNA
   MicroRNAs (miRNAs)是一種大小約21—23個(gè)堿基的單鏈小分子RNA，是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個(gè)堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過(guò)Dicer酶加工后生成，不同于siRNA(雙鏈)但是和siRNA密切相關(guān)。據(jù)推測(cè)，這些非編碼小分子RNA(miRNAs)參與調(diào)控基因表達(dá)，但其機(jī)制區(qū)別于siRNA介導(dǎo)的mRNA降解。*個(gè)被確認(rèn)的miRNA是在線蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的lin-4 和let-7，隨后多個(gè)研究小組在包括人類、果蠅、植物等多種生物物種中鑒別出數(shù)百個(gè)miRNAs。
 
miRNA 的特征
    已經(jīng)被鑒定的miRNAs據(jù)推測(cè)大都是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)、約70個(gè)堿基大小形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的單鏈RNA前體經(jīng)過(guò)Dicer酶加工后生成的，有5’端磷酸基和3’羥基，大小約21—25nt的小分子RNA片斷，定位于RNA前體的3’端或者5’端。
        zui近3個(gè)研究小組分別從線蟲(chóng)、果蠅和Hela細(xì)胞中鑒定的100個(gè)新miRNAs中，有15%跨越線蟲(chóng)、果蠅和哺乳動(dòng)物基因組具有高度的保守性(只有有1—2個(gè)堿基的區(qū)別)，Lau 和Bar 實(shí)驗(yàn)室的同事更加認(rèn)為：所有的miRNAs可能在其他物種中具有直向同源物(Ortholog，指那些起源于同一祖先，在不同生物體中行使同一功能的基因群就可比作為一個(gè)門類，這些類似的基因被稱為“直向同源物”)。
    Bantam zui早被認(rèn)為是果蠅中參與細(xì)胞增殖的一個(gè)基因位點(diǎn)。已知幾個(gè)包含增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)座子插入跨越這個(gè)位點(diǎn)的一段12.3kb區(qū)域會(huì)導(dǎo)致果蠅的眼和翅重復(fù)生長(zhǎng)，而由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的一段跨越該位點(diǎn)的23kb片斷缺失則導(dǎo)致突變果蠅個(gè)體小于野生型果蠅。Cohen和同事用一段3.85kb的片斷導(dǎo)入21kb片斷缺失的果蠅中使其恢復(fù)原來(lái)的大小。但是奇怪的是表達(dá)這個(gè)3.85kb片斷中的EST卻沒(méi)有同樣的效果。Cohen將這個(gè)片斷和瘧蚊Anopheles gambiae的同源序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)一段90bp的高度保守區(qū)，經(jīng)過(guò)RNA folding program (mfold)發(fā)現(xiàn)這個(gè)保守序列可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使得這個(gè)區(qū)段很象是一個(gè)miRNA的前體。這個(gè)結(jié)果經(jīng)過(guò)Northern blot證實(shí)突變果蠅的幼體缺少一個(gè)21bp的bantam miRNA ，用這個(gè)90bp的mRNA前體經(jīng)過(guò)一系列的“功能缺失”—“功能恢復(fù)”實(shí)驗(yàn)，證實(shí) bantam miRNA在細(xì)胞增殖中的作用。研究人員用計(jì)算機(jī)程序檢索在hid mRNA的3’非編碼區(qū)找到了bantam的3個(gè)潛在的結(jié)合位點(diǎn)( hid是果蠅中一個(gè)誘導(dǎo)凋亡的基因)，并證實(shí) bantam miRNA抑制hid 的翻譯而非轉(zhuǎn)錄。
        miRNAs的表達(dá)方式各不相同。部分線蟲(chóng)和果蠅的miRNA在各個(gè)發(fā)育階段的全部細(xì)胞中都有表達(dá)，而其他的miRNA則依據(jù)某種更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈幌嗪蜁r(shí)相的表達(dá)模式(a more restricted spatial and temporal expression pattern)——在不同組織、不同發(fā)育階段中miRNA的水平有顯著差異。
 
miRNA的功能
    對(duì)microRNAs (miRNAs)的研究正在不斷增加，原因是科學(xué)家開(kāi)始認(rèn)識(shí)到這些普遍存在的小分子在真核基因表達(dá)調(diào)控中有著廣泛的作用。在線蟲(chóng)，果蠅，小鼠和人等物種中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個(gè)miRNAs中的多數(shù)具有和其他參與調(diào)控基因表達(dá)的分子一樣的特征——在不同組織、不同發(fā)育階段中miRNA的水平有顯著差異，這種miRNAs表達(dá)模式具有分化的位相性和時(shí)序性( differential spatial and temporal expression patterns)，提示miRNAs有可能作為參與調(diào)控基因表達(dá)的分子，因而具有重要意義。
    *個(gè)被確認(rèn)的miRNA——在線蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的lin-4 和let-7，可以通過(guò)部分互補(bǔ)結(jié)合到目的mRNA靶的3’非編碼區(qū)(3’UTRs)，以一種未知方式誘發(fā)蛋白質(zhì)翻譯抑制，進(jìn)而抑制蛋白質(zhì)合成，通過(guò)調(diào)控一組關(guān)鍵mRNAs的翻譯從而調(diào)控線蟲(chóng)發(fā)育進(jìn)程(reviewed in Pasquinelli 2002)。
    bantam miRNA是*個(gè)被發(fā)現(xiàn)有原癌基因作用的miRNA。除了lin-4、let-7，已知還有一些miRNAs可能參與在細(xì)胞分化和組織發(fā)育過(guò)程中起重要作用的基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，例如mir-14、mir-23 等。
    在植物miRNAs的研究中有兩條線索提示miRNAs可能參與植物的發(fā)育過(guò)程。一是在carpel factory (car) 突變株中3個(gè)miRNAs的表達(dá)水平顯著下降。CARPEL FACTORY 是一個(gè)類似Dicer的酶，參與植物的發(fā)育，其缺失突變株表現(xiàn)為胚胎和葉片發(fā)育的缺陷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示這種缺陷是由于缺少miRNAs加工而造成的。多數(shù)的植物miRNAs在某些特定組織中高水平表達(dá)也提示他們可能參與了植物組織的發(fā)育。
    對(duì)一部分miRNAs的研究分析提示：miRNAs參與生命過(guò)程中一系列的重要進(jìn)程，包括早期發(fā)育(Reinhart 2000)，細(xì)胞增殖，細(xì)胞凋亡，細(xì)胞死亡(Brennecke 2003)，脂肪代謝(Xu 2003)和細(xì)胞分化(Kawasaki 2003)。此外，一個(gè)研究表明，2個(gè)miRNAs水平的下降和慢性淋巴細(xì)胞白血病之間的顯著相關(guān)，提示miRNAs和癌癥之間可能有潛在的關(guān)系(Calin 2002)。
    由于miRNAs存在的廣泛性和多樣性，提示miRNAs可能有非常廣泛多樣的生物功能。盡管對(duì)miRNA的研究還處于初級(jí)階段，據(jù)推測(cè)miRNAs在真核生物體內(nèi)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用可能和轉(zhuǎn)錄因子一樣重要。有一種看法是：miRNAs可能代表在一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的層次上的基因表達(dá)調(diào)控方式。
    然而，大多數(shù)miRNAs的功能仍然是個(gè)謎。