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microRNA——Smallmolecular,BigworldmicroRNA的发现与研究历史microRNA——2002年《science》十大科学发现之首DNARNA蛋白质基因组学RNA组学蛋白质组学蛋白质编码基因数量人：30,000果蝇和线虫：12,000-14,000酿酒酵母：6,200假单孢菌：5,500人和鼠的蛋白质编码基因99%是共同的。人个体间单倍体基因组的碱基差异300万个，其中1万个（0.3%）出现在蛋白质编码基因中。98%转录产物是非编码蛋白RNA。2倍2倍RNA的分类细胞核和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核蛋白体组成成分信使RNAmRNAmtmRNA蛋白质合成模板转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸不均一核RNAhnRNA成熟mRNA的前体小核RNAsnRNA参与hnRNA的剪接、转运小胞浆RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分非编码RNA(ncRNA)：不被翻译成蛋白质的RNA，这些RNA不被翻译成蛋白质，但是参与蛋白质翻译过程。NoncodingRNAs(ncRNAs)ineukaryotesSmallRNA(sRNA)inbacteriaSmallnuclearRNAs(snRNAs)SmallnucleolarRNAs(snoRNAs)MicroRNA(miRNA)SmalltemporalRNAs(stRNAs)SmallinterferingRNAs(siRNAs)RNAinterference(RNAi)GuideRNAs(gRNAs)tRNA/mRNA:tmRNA有些小RNA分子能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小RNA的生成、结构和功能大约可分为以下三类：miRNA（microRNA)siRNA(smallinterferingRNA)其他小RNAmicoRNA(miRNA)是广泛存在于真核生物中的一组短小的、不编码蛋白质的RNA家族，它们是由19-23个核苷酸组成的单链RNA（3‘端可有1~2个碱基长度的变化）表达具有组织特异性和阶段特异性。即：在不同组织中表达有不同类型的miRNA；在生物发育的不同阶段里有不同的miRNA表达与靶mRNA3’-UTR结合，序列特异性的在转录后水平调控基因的翻译表达，在生物发育、脂肪代谢、细胞的分化、增殖和凋亡等过程中发挥着重要作用miRNA具有高度保守性，即各种miRNA都能在其他种系中找到同源体；miRNA独有的特征：其5’端第一个碱基对U有强烈的倾向性，而对G却有抗性，但第二到第四个碱基缺乏U，一般来讲，除第四个碱基外，其他位置碱基通常都缺乏CmiRNA执行一定的生物学功能：对与其互补的mRNA表达水平具有调节作用；一些偏大的miRNA(27nt)可能参与了基因组的重组装参与生物的发育与多种生理、病理过程为什么miRNAs非常重要?microRNAs是一类新的基因调控因子某些miRNAs控制了动植物的发育理解miRNA的功能将有助于现在流行的siRNAmicroRNAs有可能成为新型的疾病标志物microRNAs可能具有重要临床应用价值实验结果：RNA干扰／基因沉默199320002001200220032004200520062007microRNA的研究历史Dr.VictorAmbros1993200020012002200320042005200620071993200020012002200320042005200620071993200020012002200320042005200620072001年命名为microRNA1993200020012002200320042005200620072002年入选《science》年度十大科学发现之首199320002001200220032004200520062007ThefirstdemonstrationofalinkbetweenmiRNAgenesandcancer.199320002001200220032004200520062007miRNAcontrolssomeplantphenotype199320002001200220032004200520062007Thefirstquantitativereal-timePCRdevelopedformiRNAprofiling,designedfortheamplificationofprecursormolecules.199320002001200220032004200520062007ThefirststudytoreportonmiRNAprofilingusinganoligonucleotidemicrochip.Thefirstpapertoexplore,byusinggenome-widemiRNAprofilingbymicroarray,thepotentialimportanceofmiRNAsinthediagnosisandprognosisofahumanmalignancy199320002001200220032004200520062007AnelegantstudythatshowsapathogeneticlinkbetweenmiRNAsandtargetoncogenes.199320002001200220032004200520062007ThefirstpapertoshowthatthederegulationofasinglemiRNAgenecanleadtocancer.199320002001200220032004200520062007通过生物信息的手段分析了microRNA在蛋白相互作用网络和转录因子-microRNA相互调控网络中的作用19932000200120022003200420052006200721-ntdsRNAstargetingselectedpromoterregionsofhumangenescausedlong-lastingandsequence-specificinductionoftargetedgenes199320002001200220032004200520062007Nature449,682-688(11October2007)|199320002001200220032004200520062007SangerRelease10.0contains5071hairpinprecursormiRNAs,expressing4922maturemiRNAproducts,inprimates,rodents,birds,fish,worms,flies,plantsandvirusesinAugust2007microRNAshadbeenneglectedforsomanyyearsbecauseoftheirsmallsize.Theunderlyingreasonis:peopleneverdreamthatsmallRNAswillhaveimportantbiologicalroles.What’snewaboutmiRNAresearchinrecentdays?16001200No.ofpublications:5,209by10/1/20081428130794082880048440016302636199320012002200320042005200620072008YearNo.ofpublicationsmicroRNApublicationsincreasedveryrapidly8186papers/2010.07.197By2003:145genes/152maturemiRNAs(SangerRelease3.0)By2004:192genes/207maturemiRNAs(SangerRelease5.1)By2005:281genes/319maturemiRNAs(SangerRelease7.1)By2006:411genes/455maturemiRNAs(SangerRelease9.0)By2007:541genes/733maturemiRNAs(SangerRelease10.1)By2008:695genes/866maturemiRNAs(SangerRelease12.0)TotalnumberofmiRNAgenespredicted:What’snewaboutmiRNAresearchinrecentdays?~1,000(Landgrafetal.2007,TuschlLab)25,000(Mirandaetal.2006,IBMBioinformaticsGroup)MicroRNApublicationsincreasedveryrapidlyHowmanymiRNAsarethereinhuman?8What’snewaboutmiRNAresearchinrecentdays?MicroRNApublicationsincreasedveryrapidlyHowmanymiRNAsarethereinhuman?WhatregulatesmiRNAs?(Heetal.2007;Diederichs&Harber2007;Rubyetal.2007;Viswanathanetal.2008)NewroleofmiRNAsastumorsuppressors(Heetal.2007;Mayretal.2007)andtumorinvasionandmetastasis(Maetal.2008)MicroRNAsregulatestemcellself-renewalanddifferentiation(Wangetal.2007;Parketal.2007;Yuetal.2007;Yietal.2008;Tayetal.2008)MicroRNAsfunctioninimmunesystems(Lietal.2007;Rodriguezetal.2007;Thaietal.2007)ViralmiRNAsregulate(HIVorHSV-1)replication(Tribouletetal.2007;Umbachetal.2008)MicroRNAscantarget3’-UTR,5’-UTRandcodingregions(Lytleetal.2007;Easowetal.2007;Tayetal.2008)microRNA的加工成熟与分布据体内外实验研究表明miRNA的生成需要两个步骤：1)由长的内源性转录本（pri-miRNA)经Drosha酶作用生成70nt左右的miRNA前体(pre-miRNA)，该过程发生在细胞核2)将pre-miRNA经Dicer酶作用加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质中。microRNA的加工成熟microRNA是动、植物自身基因组编码形成的一类小分子首先由基因组转录形成长链RNA分子——pri-miRNA约60%的microRNA为独立转录表达；约15%miRNA为成簇存在而共同转录；其余还有约25%的miRNA定位于功能基因内含子，随基因转录表达。Pri-miRNA经双链RNA核酸酶Drosha酶作用，加工形成70-100nt长度的pre-miRNAPre-miRNA在Exportin5介导作用下转运出胞核至胞质中进行下一步加工Pre-miRNA在胞质中经双链RNA核酸酶Dicer酶作用加工形成单链成熟miRNA分子Overall,98of186(52.5%)ofmiRgenesareincancer-associatedgenomicregionsorinfragilesitesmicroRNA的分布microRNA的作用机制miRNA