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JIANGXIAGRICULTURALUNIVERSITY细胞遗传学作业题目：微小RNA的研究进展学院：农学院姓名：蒋凯学号：0202013065专业：遗传学年级：2013级联系电话：152791566842013-1-6微小RNA的研究进展姓名：蒋凯学号：0202013065专业：遗传学(东区)联系方式:15279156684(1江西农业大学农学院江西南昌；2江西省动物生物技术重点开放实验室，南昌330045)摘要:微小RNA是小分子RNA家族中的一员，RNA序列是由一段非常短的非编码RNA序列组成的，长度大约为21-25个核苷酸，进化上较为保守。对多种生物学过程起调控作用。在转录水平上，通过与靶ｍＲＮＡ互补配对而对基因的表达进行负调控,导致了ｍＲＮＡ的翻译抑制或降解，从而调控蛋白表达。微小ＲＮＡ尽管微小,但微小RNA在真核生物的发育和基因表达中扮演着重要角色是通过与靶ｍＲＮＡ形成完全或者不完全互补配对。微小ＲＮＡ参与动物体发育、细胞分化和细胞增殖与死亡等各种过程。从miＲＮＡ的发现及其生物合成、特征与功能等方面的研究进展进一步研究微小RNA，从而对人类的一些疾病的研究有所帮助。关键词：微小RNA；非编码；生物学功能FunctionalStudiesOfMicroRNAAbstact:MicroRNA,oneofthesmallmolecularRNAfamily,isaverysmallsectionofnon-codingRNAsequence,whichcomposedofabout21-25nucleotidesinlength,veryconservativeinevolution.MicroRNAcanregulateseveralbiologicalprocesses.Atthetranscriptionallevel,assequence-specificnegativeregulatorsinpost-transcriptionalgenesilencingbybasepairingwithtargetmRNAs,whichleadstomRNAcleavageortranslationalrepressionresultingininhibitionofmRNAtranslationordegradation.AlthoughmicroRNAsaretiny,buttheyplayanimportantroleinthedevelopmentandexpressionofeukaryoticgenesinthetargetmRNAwhichbyformingacompleteorincompletecomplementarypair.MicroRNAinvolvedinvariousprocessesanimaldevelopment,whichcomeposedofcelldifferentiationandcellproliferationanddeath.Researchfoundthattheirbiosynthesis,characteristicsandfunction.Moreever,thestudyofmiRNAfrommiRNAcanbringgreatheipforstudysomehumandiseases.Keywords:microRNA;non-coding;biologicalfunction前言在人类的整个基因组中，存在着非常多的非编码DNA序列，由它转录成的非编码RNA，曾被认为仅仅是DNA和蛋白质之间的过度，但随着研究的深入，越来越多的证据显示，非编码RNA在生命的进程中起的作用远远比人类先前预想的更为重要。在所有的非编码RNA中，微小RNA是研究最多的。microRNA(miRNA)是一类进化保守、非编码蛋白质的内源性小RNA，长度约为20-25nt,可在转录后水平调控基因表达［1］，由具有发夹环结构、长度为70-80nt的单链RNA前体（pre-miRNA）剪切而成的它通过与其目标mRNA分子的3'端非编码区域(3'-untranslatedregion,3'UTR)互补匹配导致该mRNA分子的翻译受到抑制。miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，而且绝大部分定位于基因间隔区。其转录独立于其他基因，并不翻译成蛋白质，而是在体内代谢过程中起到多种调控作用。miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性，并且在茎部的保守性更强；但在环部可以容许更多的突变位点存在。微小RNA被证实参与调控细胞生命活动中许多的信号转导途径，在胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育、细胞分裂增殖、细胞分化、凋亡、胰岛素分泌、血管生成、心脏发生、大脑形成及免疫应答等过程都表现出重要作用［2-4］，而且，研究进一步发现微小RNA与疾病的发生发展有关如心血管疾病、肿瘤疾病和骨骼疾病等［5-8］。1.微小RNA的发现及命名1993年,Ｌｅｅ等[9]利用定位克隆法在秀丽隐杆线虫中克隆了第1个能阶段性调控胚胎后期发育的基因lin-4,此基因不编码蛋白质,但是能编码长度约22ｎｔ的miRNA。Lin-4的发现及其翻译抑制作用显示,在生物生长发育过程中有着一种新的基因调节机制。Lin-4是在生物生长发育过程中起重大作用的lin-14和lin-28的负性调节因子。2000年,第2个调控时序性发育的基因let-7又被Ｒeinhart等[10]在线虫中找到了,其转录物加工成的大小为21个核苷酸的miRNA,也是一个负调节因子。人们也逐渐认识到miRNA在生物进化和疾病发展过程中起着重要调控作用,通过抑制靶基因的表达而产生基因沉默效应[11-13]。而后,在人类、果蝇、小鼠等多种生物中人们逐渐开展了miRNAs的研究,结果发现了数百的miRNAs。2.微小RNA的生物合成经研究发现,动物细胞内的miRNA都是具有较高的保守性[14]一组非编码蛋白质的短序列RNA。miRNA是在基因组的不同区域由RNA聚合酶II转录形成较长的有几百至上千个核苷酸pre-miRNA,含有帽子和polyA尾巴结构,二级结构是具有特殊的发夹形茎环,然后加工而成的。经过endonucleaseⅢ-Drosha及其辅助因子DGCR8的识别、作用,pri-miRNA去掉帽子和尾巴结构,形成了60-75核苷酸的miRNA前体(pre-miRNA)。pre-miRNA5′端带有磷酸基团,3′端有2ｎｔ的突出。pre-miRNA在核内转运蛋白ex-portin-5作用下转运出细胞核而进入细胞质。第二个endonucleaseⅢ-Dicer和TRBP复合物把pri-miRNA切割形成短小的miR-NA双链体,然后双链体再降解成为成熟的单链miR-NA[15],成熟的miRNA与一种类似于RISC的核糖核蛋白结合形成了miRNPR,开始，成熟miRNA与之互补序列相互结合成miRNA:miRNA*双螺旋结构(miRNA*是miRNA的互补序列);随后，双螺旋结构解旋，其中一条链结合到由RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-inducedsilencingcomplex，RISC)中，形成了非对称RISC复合物(asymmetricRISCassembly)[16-17]。该复合物会结合到目标靶mRNA上，在大多数情况下(例如在动物中)，复合物中的单链miRNA与靶mRNA的3'UTR不完全互补配对，从而阻断该基因的翻译过程而发挥生物功能[18](图1)。图1ｍｉＲＮＡ生物合成成模式图[19]3.微小RNA的特征及功能3.1微小RNA的特征微小ＲＮＡ有数个教明显的特征:(1)是一组不编码蛋白质的广泛存在于真核生物中的短序列ＲＮＡ,本身并不具有开放阅读框架(0ＲＦ)及编码蛋白质的特点,却由不同于信使ＲＮＡ的独立转录单位而表达的;(2)成熟的微小ＲＮＡ是从折叠的发夹状转录前体的一条臂上由Ｄicer酶切割得到的;(3)长度一般为21-25ｎｔ,在3′端却可以有1-2个nt的长度变化;(4)在不同物种间成熟微小ＲＮＡ的序列和发夹结构在进化上具有高度的保守性,在Ｃ.briggsae基因组中，线虫中所发现的ｍｉＲＮＡ85%都可以找到同源序列,而且,水稻中也有ｍｉＲＮＡ与拟南芥中的ｍｉＲＮＡ找到了完全相同的序列,在烟草、水稻和拟南芥中也发现与ｍｉＲ-171相似的序列;(5)ｍｉＲＮＡ能定位于潜在能编码其前体发夹结构的蛋白质的非编码区域;(6)表达具有严格的组织特异性和时空性。从以上六个特征可以预测到微小ＲＮＡ参与了深远又复杂的基因表达调控,并决定生物发育和行为等的变化[20]。3.2微小RNA的生物学作用3.2.1miRNA在植物中的作用大多数的miRNA在植物中能介导其靶mRNA的降解。例如，最近发现的mir-196能介导其靶基因Hoxb8的mRNA剪切[21]。在植物中，miRNA与其相应的靶mRNA近似完全配对，而且互补区域并非仅仅局限在3'UTR内而是散布在靶mRNA的转录区域，使得miRNA能结合到多个位点（包括编码区域在内的）上去，从而直接降解mRNA，并不抑制其翻译。然而与miRNA不同的是，mir-172的互补位点与它靶基因APETALA2(AP2)的互补位点是落在编码区域而非3'UTR[22]。从上可以发现，在植物中，miRNA功能与siRNA的功能是非常相似的。3.2.2微小RNA调控血小板及功能2006年，Garzon等[23]首次报道了miRNA参与巨核细胞生成分化的调控。随后，经过不断的研究，不断的完善。（1）在造血干细胞分化成巨核细胞的过程中，miR-146a的表达量发生了较大的变化，表明了miR-146a参与生成巨核细胞，但对表达量是降低还是升高这个问题仍存在不同意见。Labbaye[24]等在研究人类脐带血干细胞分化成巨核细胞时发现，miR-146a表达量是明显下降的，巨核细胞的分裂增殖、分化、成熟及其细胞集落的形成能被过表达miR-146a抑制，当抑制miR-146a的表达后，人脐带血干细胞分化成巨核细胞的能力明显增强。相反地，Opalinska等[25]认为miR-146a在人类及鼠源造血干细胞的分化过程中表达量是明显升高的，但是通过人工诱导小鼠骨髓内造血祖细胞过表达的miR-146a却不能促使造血祖细胞向巨核细胞分化，也不能够促进血小板生成。Starczynowski等[26]通过实验进一步发现，当巨核系／红系祖细胞（由造血干细胞分化为来源的）内miR-146a表达量降低时，过表达miR-146a会引起血小板数量的增加，然而，当miR-146a表达下调后，发现巨核细胞集落和血小板数量增加。（2）Georantas等[23]把正常人的CD34+造血干细胞作为实验对象，采用生物信息学技术预测在造血干细胞分化中起调控作用的miRNA，结果miR-155能够抑制编码9种相关蛋白的MRNA参与造血干细胞分化，同时在造血干细胞分化为巨核细胞时，检测到miR-155表达量明显下架，Romania等[27]也有相同的发现。体外实验发现人工诱导细胞内过表达miR-155能抑制K562细胞分化成巨核细胞,而且能减少以CD34+造血干细胞来源的红系细胞和巨核系细胞集落形成.此外,体内实验发现给经过辐射的小鼠注射过表达miR-155的造血干细胞能导致受体骨髓内巨核细胞发生障碍,巨核细胞数量减少.以上研究发现间接证实了miR-155可以通过抑制巨核细胞的生成减少血小板数量.(3)与miR-155作用相反,巨核系／红系祖细胞向巨核细胞分化时,Lu等[28]经研究发现miR-150表达量明显增加，随后他们在MEPs内通过人工诱导miR-150过表达发现MEPs向红系细胞分化减弱，向巨核细胞分红增强。而且，miR-150能通过结合编码MYBmRNA的3'-UTRL来抑制MYB的表达，而实验又证实了低水平的c-Myb可以促使巨核细胞生成。另外，miR-34也被证实能促进巨核细胞生成，而且，miR-34的过表达可以促使CD34+造血干细