microRNA与肿瘤

MICRORNA与肿瘤郭志云中国癌症发病现状我国近20年来癌症呈现年轻化及发病率和死亡率“三线”走高的趋势《2012中国肿瘤登记年报》报道，每分钟就有6人确诊为癌症中国癌症发病现状男性死亡率高于女性数据来源于24个省的72个监测点，覆盖8500万人。年报显示，每年新发肿瘤病例约为312万例，平均每天8550人，全国每分钟有6人被诊断为癌症。恶性肿瘤发病率全国35岁至39岁年龄段为87.07/10万，40岁至44岁年龄段几乎翻番，达到154.53/10万；50岁以上人群发病占全部发病的80%以上中国癌症发病现状肺癌居癌症死亡首位从病种看，居全国恶性肿瘤发病第一位的是肺癌，其次为胃癌、结直肠癌、肝癌和食管癌，前10位恶性肿瘤占全部恶性肿瘤的76.39%。居全国恶性肿瘤死亡第一位的仍是肺癌，其次为肝癌、胃癌、食管癌和结直肠癌，前10位恶性肿瘤占全部恶性肿瘤的84.27%。死亡率最高者男女均为肺癌。中国癌症发病现状癌症呈地域分布明显肺癌主要集中在东北、云南;食管癌高发区主要集中在河南、河北等中原地区；胃癌高发区主要集中在西北及沿海各省，如上海、江苏、甘肃、青海等较为突出；肝癌高发区集中在东南沿海及东北吉林等地区。中国癌症村地图BBCNEWSREPORTChinaacknowledges'cancervillages'China'senvironmentministryappearstohaveacknowledgedtheexistenceofso-calledcancervillagesafteryearsofpublicspeculationabouttheimpactofpollutionincertainareas.22February2013什么是肿瘤?肿瘤是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致克隆性异常增生而形成的新生物，常表现为局部肿块。根据肿瘤的生物学特性及其对机体危害性的不同，将肿瘤分为良性与恶性，后者常见的为癌与肉瘤肿瘤十大特征肿瘤十大特征自给自足的生长信号（Self-SufficiencyinGrowthSignals）抗生长信号的不敏感（InsensitivitytoAntigrowthSignals）抵抗细胞死亡(ResistingCellDeath)潜力无限的复制能力(LimitlessReplicativePotential)持续的血管生成(SustainedAngiogenesis)组织浸润和转移(TissueInvasionandMetastasis)避免免疫摧毁(AvoidingImmuneDestruction)促进肿瘤的炎症（TumorPromotionInflammation）细胞能量异常（DeregulatingCellularEnergetics）基因组不稳定和突变（GenomeInstabilityandMutation）RNA的种类及主要功能RibosomalRNAs(rRNAs):translationTransferRNAs(tRNAs):translationMessengerRNAs(mRNAs):proteintemplateNoncodingRNAs(ncRNAs):varioustypesandfunctionsNON-CODINGRNA:FORMERLYKNOWNAS“JUNK”non-codingRNA(20-20000nt)RNAmRNAsmallnon-codingRNA(miRNA)(20-500nt)longnon-codingRNA(lncRNA)(500-20000nt)人类基因组草图带给科学家们的困惑1.含有30亿对碱基的人类基因组仅含有2－3万个蛋白质基因，是果蝇的两倍，啤酒酵母的4倍。显而易见，生物的复杂性不由编码蛋白质的数目决定。2.人类基因组的蛋白质编码区的总和占总基因组长度为1－2％，那么其他98％的基因组有什么功能呢？当然，在这98％的非蛋白质编码基因组序列里，约24％为插入编码序列的内含子序列；人类基因平均每个基因有7个内含子。但这么冗长的内含子序列有什么生物学功能呢？WhatisnoncodingRNA?Non-codingRNA(ncRNA)isaRNAmoleculethatfunctionswithoutbeingtranslatedintoaproteinFromWikipedia,thefreeencyclopediamicroRNAThediscoveryofmiRNAs•miRNAwasfirstdiscoveredin1993byVictorAmbrosatHarvard(lin-4)•ThesecondmiRNALet-7wasdiscoveredin2000byFrankSlackasapostdocatHarvard(Ruvkunlab)VictorAmbrosGaryRuvkun182006年的诺贝尔生理学奖获得者：AndrewZ.FireCraigC.MelloMICRORNAMicroRNA是一种长度约为21nt的单链非编码小分子RNA在进化过程中高度保守其通过与靶基因序列的3’UTR区特异性结合，诱导靶mRNA降解或阻遏其翻译MiRNA预计调控超过60%的蛋白编码基因并且参与近乎所有已知的细胞进程miRNAgenepri-miRNA(stem-loopstructure)processedbyDroshapre-miRNA(65~90bp)carriedbyExportin5tocytoplasmmaturemiRNA(20~25bp)isgeneratedbytheRNaseIIItypeenzymeDicerdirectedbyRISCtothemiRNAtargetmRNAcleavageorimpedeitstranslationintoproteinmicroRNA的合成(1)microRNA(miRNA)简写成miR，再根据其被克隆的先后顺序加上阿拉伯数字，如miR-21；(2)高度同源的miRNA在数字后加上英文小写字母(a、b、c)，如miR-199a和miR-199b；(3)由不同染色体上的DNA序列转录加工而成的具有相同成熟体序列的miRNA，则在后面加上阿拉伯数字以区分,如miR-199a-1和miR-199a-2；miRNA命名规则(4)如果一个前体的2个臂分别加工产生miRNA，则根据克隆实验，在表达水平较低的miRNA后面加“*”，如miR-199a和miR-199a*，或进行如下命名，miR-142-5p和miR-142-3p；(5)将物种缩写置于miRNA之前，如hsa-miR-195；mmu-miR-195(6)确定命名规则之前发现的miRNA，如let-7，则保留原来名字。miRNA-miRNAduplexGENOMICORGANIZATIONOFMIRNAGENES•IntronicmiRNAsofteninantisensedirection,madefromownpromoter•ExonicmiRNAs-non-coding(orinalternativelysplicedexons)在细胞增殖、分化、代谢、凋亡与发育过程中发挥重要的调节作用。例如:1.由lin-4和let-7编码的miRNA在线虫中控制了细胞分化和增殖的时序；2.miR-430参与了斑马鱼的大脑发育；3.miR-181控制哺乳动物血细胞分化为B细胞；4.miR-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌；5.miR-143在脂肪细胞分化起作用；microRNA的生理功能有些miRNA具有类似抑癌基因功能，通过转录后负性调控致瘤性靶基因的表达而发挥生物学功能；有些miRNA具有类似癌基因的作用，通过下调抑瘤性靶基因的表达而发挥功能。恶性肿瘤的microRNA结构与表达异常恶性肿瘤相关性microRNA如果组织中某种或某些miRNA的表达失常，细胞内许多起重要作用的瘤基因或抑瘤基因就会受到异常调控而表达失常，从而导致肿瘤的发生。原癌基因与抑癌基因原癌基因（proto-oncogene）癌基因(oncogene)Myc抑癌基因(cancersuppressorgene)p531.miR-21（1）miR-21在乳腺癌、肝癌、脑瘤等多种恶性肿瘤中表达显著上调，并与乳腺癌等肿瘤的恶性分级呈正相关；（2）miR-21可能通过抑制其靶基因TPM1(tropomyosin1)的表达而促进胶质瘤细胞的增殖。（3）miR-21通过负调控抑癌基因PTEN的表达，促进肝癌细胞的增殖和侵袭能力。（4）通过抑制PCD4(programmedcelldeath4)mRNA的翻译效率，抑制MCF-7的增殖。（一）致瘤性microRNA（onco-miRNA）在microRNA(miRNA)家族中，有些miRNA具有类似癌基因功能，与肿瘤发生呈正相关，这部分miRNA称为致瘤性miRNA（onco-miRNA），其过表达或持续活化将直接导致肿瘤的发生发展。let-7家族(1)Let-7是2000年由Reinhart等在线虫中发现的一种具有转录后调节作用的miRNA，通过转录后调节lin-47和lin-51的表达而控制线虫向成虫的转变。(2)Ras是Let-7的直接靶基因，受到let-7家族的负性调控。Ras是一个膜相关的GTPase信号蛋白，具有调节细胞生长、分化的功能，是一个重要的瘤基因。(3)在肺癌、乳腺癌、子宫癌等恶性肿瘤中，let-7家族与这些肿瘤有关的脆性位点密切相关，在肺癌中其表达下调，是一个与肺癌预后负相关的抑癌基因。（二）抑瘤性microRNA(suppressormiRNA)在miRNA家族中，有些miRNA具有类似抑癌基因功能，与肿瘤发生呈负相关，称为抑癌性miRNA（suppressormiRNA）。抑癌性miRNA的表达下降或者缺失，将直接导致肿瘤的形成。29miRNA与肿瘤发生的关系存在两种可能的模式[Caldas,etal.（NatureMedicine2005）]：1、若miRNA表达上调，其对应抑癌基因表达下调时，则可能导致肿瘤发生；2、若miRNA表达下调，其对应癌基因表达上调时，同样可能导致肿瘤发生。CANCER-RELATEDMIRNAS举例Cancer-relatedmiRNACancertypeReferencesmiR-17-92cluster,let-7LungcancerMartinetal.,2006,Yanaiharaeta.2006,Takamizawaetal.,2004miR-10b,miR-21,miR-125b,miR-145,miR-155BreastcancerIorioetal.,2005,Sietal.,2007miR-18,miR-122a,miR-224,miR-199a,miR-199a*LivercancerMurakamietal.,2006,Mengetal.,2007,Gramantierietal.,2007miR-195,miR-125a,miR-200a,miR15,miR-16B-CLLCalinetal.,2004Calinetal.2002四、恶性肿瘤microRNA的转录调控异常（转录因子-microRNA-靶基因”交互作用的分子网一）“络1．转录因子对microRNA初级转录产物的调控2.microRNA对靶基因的调控大部分miRNA具有自己一套独立的顺式作用元件（启动子和增强子序列），受到上游一系列转录因子的调控。类似于蛋白编码基因的转录过程，这些转录因子通过与miRNA的顺式作用元件结合，调节miRNA在转录水平的表达。miRNAs与其靶基因3’-UTR的结合位点并不是完全互补，可以存在短的错配和G-U配对，因此，miRNA调控多个靶基因。同时，同一个靶基因又同时受到多个miRNA的调控。m