miRNA的特征、功能及識別方法等詳解
什么是miRNA
   MicroRNAs (miRNAs)是一種大小約21—23個堿基的單鏈小分子RNA，是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過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，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。*個被確認(rèn)的miRNA是在線蟲中發(fā)現(xiàn)的lin-4 和let-7，隨后多個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miRNAs。
 
miRNA 的特征
    已經(jīng)被鑒定的miRNAs據(jù)推測大都是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)、約70個堿基大小形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的單鏈RNA前體經(jīng)過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個研究小組分別從線蟲、果蠅和Hela細(xì)胞中鑒定的100個新miRNAs中，有15%跨越線蟲、果蠅和哺乳動物基因組具有高度的保守性(只有有1—2個堿基的區(qū)別)，Lau 和Bar 實(shí)驗室的同事更加認(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)胞增殖的一個基因位點(diǎn)。已知幾個包含增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)座子插入跨越這個位點(diǎn)的一段12.3kb區(qū)域會導(dǎo)致果蠅的眼和翅重復(fù)生長，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)原來的大小。但是奇怪的是表達(dá)這個3.85kb片斷中的EST卻沒有同樣的效果。Cohen將這個片斷和瘧蚊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RNA folding program (mfold)發(fā)現(xiàn)這個保守序列可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使得這個區(qū)段很象是一個miRNA的前體。這個結(jié)果經(jīng)過Northern blot證實(shí)突變果蠅的幼體缺少一個21bp的bantam miRNA ，用這個90bp的mRNA前體經(jīng)過一系列的“功能缺失”—“功能恢復(fù)”實(shí)驗，證實(shí) bantam miRNA在細(xì)胞增殖中的作用。研究人員用計算機(jī)程序檢索在hid mRNA的3’非編碼區(qū)找到了bantam的3個潛在的結(jié)合位點(diǎn)( hid是果蠅中一個誘導(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。部分線蟲和果蠅的miRNA在各個發(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microRNAs (miRNAs)的研究正在不斷增加，原因是科學(xué)家開始認(rèn)識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，果蠅，小鼠和人等物種中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個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。
    *個被確認(rèn)的miRNA——在線蟲中發(fā)現(xiàn)的lin-4 和let-7，可以通過部分互補(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，通過調(diào)控一組關(guān)鍵mRNAs的翻譯從而調(diào)控線蟲發(fā)育進(jìn)程(reviewed in Pasquinelli 2002)。
    bantam miRNA是*個被發(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)育過程。一是在carpel factory (car) 突變株中3個miRNAs的表達(dá)水平顯著下降。CARPEL FACTORY 是一個類似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。
    對一部分miRNAs的研究分析提示：miRNAs參與生命過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，一個研究表明，2個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miRNA的研究還處于初級階段，據(jù)推測miRNAs在真核生物體內(nèi)對基因表達(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的功能仍然是個謎。