miRNA研究进展.pdf

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18419ElhalabyEA，HashishA，ElbarbaryMM，eta1Transanal综述重庆医学2009年8月第38卷第二15舅one-stageendorectalpullthroughforHirschsprungsdisease：

amuhieenterstudyJJPediatrSurg，2004，39：

345203TeeratkulsTransanalone-stageendorectalpullthroughforHirschsprungsdiseaseininfantsandchildrenJJPediatrSurg，2003，38

（2）：

184miRNA研究进展（收稿【I期：

20090123修回fl期：

20090317）刘强1，郑秀峰2综述，辛永红2审校（1中国重汽集团医院，济南250031；2山东省济南市第四人民医院250031）关键词：

miRNA的成熟，miRNA；miRNA初级转录产物fmiRNA前体中围分类号：

Q522文献标识码：

A文章编号：

16718348（2009）15197003miRNA是近年来在多种真核细胞及病毒中发现的一类来源内源性染色体上的非编码单链RNA，长度为2125nt的短序列，在进化上具有高度的保守性，能够通过与靶mRNA特异性的碱基互补配对，引起靶mRNA降解或者抑制其翻译，从而对基因进行转录后的表达调控1。

miRNA由一段具有发夹环结构的长度为7080个核苷酸的miRNA前体（pre-miRNA）剪切后生成。

它通过与其目标mRNA分子的3端非编码区域（3一untranslatedregion，3UTR）互补导致该mRNA分子的翻译受到抑制2。

最先发现的miRNAs是线虫中控制发育时序的lin-4和let一7基因。

现已发现miRNA广泛地存在哺乳动物、线虫、果蝇和植物等生物中。

除了lin一4和let一7基因外其他miRNAs现在统一用miRNA一#表示miRNA，而用mir-#（#代表数字）表示相应的编码基因，同一物种内相同或极相近似的miRNA可以使用相同的数字，只是进一步在数字之后加数字或字母作为后缀以区别其基因在序列上只有微小的差别。

尽管miRNA基因不编码蛋白质，但其编码的RNA在生物的整个生命过程中发挥着重要作用。

本文主要从miRNA的特征、生物功能、生成及加工机制、作用用途及其与siRNA的区别与联系等方面作一概述。

lmiRNA的特征miRNA有几个明显的特征：

（1）广泛存在于真核生物中，是一组不编码蛋白质的短序列RNA，它本身不具有开放阅读框架（0RF）及蛋白质编码基因的特点而是由不同于mRNA的独立转录单位表达的，

（2）通常的长度为2l25nt但在3端可以有12个碱基的长度变化；（3）成熟的miRNA是由Dicer酶从折叠的发夹状转录前体的一条臂上切割得来；（4）miRNA定位于能潜在编码其前体发夹结构的蛋白质非编码区域l（5）成熟miRNA的序列和预测的发夹结构在不同物种间具有高度的进化保守性【33；（6）表达具有严格的时空性和组织特异性。

2miRNA的生物学功能在生物的整个发育过程中miRNA可能有调节细胞早期发育，参与细胞分化和组织发育，调控基因表达的生物功能，主要的作用是调控基因表达。

通过两种机制调节靶基因的表达：

（1）结合到靶mRNA3端非翻译区（3UTRs），抑制其翻译；

（2）像siRNA作用一样结合到靶上并降解靶mRNAmiRNA与siRNA的功能相似，并且二者从前体加工过程中都依赖于相同的Dicer酶的参与。

21调节细胞早期的发育Chen等研究发现，在基因car发生突变的植物中，有3种miRNA加工水平降低，基因car的产物是一种类似DICER性质的酶，它参与植物正常发育，当car突变后，植物胚芽和叶的发育出现缺陷。

表明这些缺陷是由于miRNA加工降低的结果，miRNA在植物细胞发育过程中起了重要作用。

22参与细胞分化和组织发育一些编码miRNA基因，例如：

lin-4、let一7、mill4、mir23和bantam已被证实在细胞分化和组织发育中起重要作用，其他的miRNA由于具有特异性的时空表达的特点。

被认为具有相似的重要性。

Chen等4首次阐述了哺乳动物中miRNA的功能：

利用逆转录病毒作载体使mir-181在鼠科动物的造血祖细胞中异常的表达，然后用不同的条件处理这些细胞，分析B淋巴细胞和T淋巴细胞，发现B淋巴细胞量加倍，而T淋巴细胞不受影响。

暗示miRNA可能在鼠类和人的细胞发育分化中起着关键作用。

最新研究发现miRNA可能在神经系统也发挥着重要的作用。

miRNA及其他小RNA在神经系统中广泛存在，并且其中一些是大脑中所特有的。

它们可以调节神经细胞的生长发育和神经干细胞向神经细胞的转化。

并且与精神分裂症、帕金森综合征和其他神经异常的发生有关“。

在肌肉发育方面，Clop等3证实，Texel绵羊中的GDF8基因的3UTR内的一个点突变产生了一个可以在骨骼肌内高度表达的两个miRNA，即miRl和miR一206，它们同时作用的靶位点，从而引起miRNA介导的myostatin浓度在转录后降低而造成肌肉肥大，Chen等1证实，miRl通过作用于HDAC4而促进成肌细胞分化为成熟的肌肉细胞，抑制细胞扩增，miR-133则通过抑制SRF而促进成肌细胞扩增，抑制其分化。

23调控基冈表达在各类小分子RNA中，miRNA具有最广泛的基因调节功能8。

在培养的人293T细胞实验中发现miRNA和siRNA可能通过相似的机制抑制mRNA的表达。

内源性人的miR-21通过与靶位完全互补诱导mRNA剪切，这种特性一度被认为是siRNA的特性之一。

相反，将合成的siRNA通过与靶位点错配可以下调mRNA的表达，由此说明miRNA和siRNA可利用相似的机制抑制mRNA的表达，而万方数据重庆医学2009年8月第38卷第15期最终选择哪几种机制也许在很大程度上完全取决于其与靶mRNA的互补程度。

此外，内源性的miRNA还可以作为触发RNAi的分子、参与细胞增殖和死亡9。

1、细胞凋亡和脂肪代谢“。

1”。

在生物个体中。

癌基因编码的蛋白质可干扰组织中细胞的正常生长，从而引发肿瘤。

科研人员将miR一15和miR-16基因定位于淋巴细胞染色体的13q143位置上，在慢性淋巴细胞白血病患者中发现这2个基因的表达有缺失或下调现象存在|3-14。

ff|i且编码精氨酰-tRNA合成酶（RARS）的miR一16，其靶mRNA在miR一15和miR-16表达下降的样本中过度表达；在结、直肠肿瘤形成中miR一143和miR-145表达减少；B细胞性白血病中的染色体易位t（8；17）导致了miR一142前体和短小MYC基因的融合；miR-26a和miR-99a在肺癌细胞系中低量表达，在恶性淋巴瘤中，包括miR-17-92多顺反子的DNA区域是13q31-32扩增的靶基因；在Burkitt淋巴瘤中，miR-155过度表达；在人类肺癌中，let-7miRNA低量表达1“。

2006年，美国俄亥俄州立大学的Volinia等16通过分析来自肺部、胸部、胃部、前列腺、结肠和胰腺等处的癌细胞样品540份，发现了由过量表达的部分miRNAs组成的实体癌症miRNA信号，在这些miRNA中包括miR175p、miR一20a、miR-21、miR一92、miR一106a和miR一155。

这说明miRNA在实体肿瘤的癌症发病机制中发挥着重要的作用。

总之，在一些人类恶性肿瘤中，包括慢性淋巴细胞白血病、儿童Burkitt淋巴瘤、胃癌、肺癌和大细胞性淋巴瘤等，miRNA基因表达有所改变17。

1”。

miRNA可能是一类与肿瘤发生有关的新的基因，它们可能作为抑癌基因或癌基因，以抑癌基因表达降低或癌基因表达增强的方式促进肿瘤的发生1。

因此有人推测miRNA可能和高等真核生物中调节基因表达的转录因子一样莺要。

3miRNA的生成及加工机制在哺乳动物细胞内miRNA生成分为两步：

在细胞核内，编码miRNA的基因转录成为具有发夹结构的primiRNA，研究显示RNA聚合酶和均可以参与miRNA转录。

primiRNA在一种DroshaRNase的作用下，剪切为6070nt具有茎环结构的miRNA前体（pre-miRNA）。

这一剪切反应不仅剪切出成熟的miRNA的3末端。

而且使3末端具有2nt的突出。

DroshaRNase是RNA聚合酶家族的成员，DroshaRNase的剪切点位于每个茎环结构两侧的茎部。

且通常错开两个核苷酸。

pre-miRNA在RanGTPExportin一5蛋白的作用下，从核内转到胞浆中。

pre-miRNA在有Dicer酶及Agro-naute【20蛋白家族的共同作用下加工成一个不稳定的双链RNA分子，然后迅速降解成具有5端磷酸基和3端2nt突出的2125nt长度的miRNA，所形成的miRNA在RISCmiRNP作用下，与靶位点互补结合抑制基因转录使mRNA降解或者抑制蛋白翻译，调控基因的表达。

Dicer酶同样是RNA聚合酶家族的成员，它含有一个螺旋域，一个DUF283区域，一个PAZ区域，两个RNA聚合酶区域和一个dsRBD。

Dicer酶的PAZ区域可识别Drosha剪切产物的末端，并将RNA聚合酶定位于miRNA前体的茎部。

还存在一种双链RNA结合蛋白Pasha（PatnerofDrosha）。

Pasha可能参与识别miRNA的初级转录产物，并将它们聚集到Drosha复合体中。

Pasha可能对pre-miRNA在复合体中的定向有帮助，从而有利于Drosha在特定位点的切割。

4miRNA与siRNA的联系与区别41miRNA与siRNA之间的相同点其相同之处是：

（1）二1971者的长度都约为21tit左右；

（2）二者都是Dicer酶的产物，因此具有Dicer产物的特点，（3）二者同是RISC的组分，都可以与靶基因完全互补配对，因此，在miRNA和siRNA介导的沉默机制上有重叠。

42miRNA与siRNA之间的不同点其不同之处是：

（1）siRNA是在RNAi过程中形成的中间体，也即siRNA是在病毒感染或人工插入dsRNA后诱导而成的。

而miRNA则是细胞内RNA的固有成分之一

（2）二者的来源不同，siRNA来源于转基因或病毒RNA，miRNA来源于内源转录本；（3）siRNA是由长dsRNA转变而来的，miRNA是由具有发夹结构的pre-miRNA转变而来的；（4）siRNA主要以双链形式存在，其3端存在两个非配对的碱基通常为UU。

miRNA主要以单链形式存在；（5）siRNA与靶mRNA完全互补配对结合，miRNA可以与靶mRNA可以不完全互补，存在错配现象；（6）对靶mRNA的特异性不同，siRNA的靶序列有一个核苷酸突变，就会影响到RNAi的沉默效应，如果靶mRNA有一个位点突变，那么miRNA就是不完全识别的，也不会影响到miRNA途径的调节效应；（7）siRNA通过RNAi途径发挥功能，miRNA通过miRNA途径发挥作用。

原始的RNAi功能主要是抑制转座子的活性和病毒感染，它有些类似于基因组的免疫系统，miRNA主要在发育过程中发挥作用，调节内源性基因的表达。

RNAi主要在转录后水平发挥作用，影响tuRNA的稳定性，miRNA主要在蛋白水平发挥作用。

miRNA与siRNA的区别，见表1。

表1miRNA与siRNA的区别名称n-LRNA姐NA来源前体催化酶匹配方式功能靶荩因内源转录本转基因，病毒DNA茎环状的Pre-rriRNA双链结构的dsRNA?

冀ha，D”或者类似”的酶复Di。

合体不完全互补或者完全互补完全互补调节基因的表达抑制转录活性抑制转录或者被降解被降解miRNA可能比siRNA的功能更加广泛，它能在RNA代谢的多个层面上对其同源的底物进行调控。

尽管它们之间有许多的差异，但不可否认的是siRNAmiRNA在发挥各自功能的机制上有一些共同的步骤，这是需要进一步探讨的关键。

现已有实验证明：

在植物中调控发育的miRNA途径与抗病毒的RNA沉默途径有部分相同的元件和机制，内源性的miRNA能直接介导RNAi，靶向裂解mRNA，从而起到控制植物生长发育的作用。

5结束语由于siRNA、miRNA及其他小RNA的发现使得RNA转变为当今世界的研究热点。

现已发现非编码RNA参与了生命活动的多个步骤，其中包括转录、染色体的形成、RNA的剪接和修饰、mRNA的稳定和翻译、蛋白质的稳定和转运。

目前，已经发现了大量的小RNA分子，它们在序列、结构、含量、表达及功能等方面都不同程度地展现了多样性，其中miRNA的表现尤为突出。

如果miRNA基因正如所发现的那样多，那么它很可能在生命活动中具有十分广泛的调节功能对基因表达、生长发育和行为等都具有十分深远和复杂的效应。

RNAi万方数据1972技术是一种很有用的介导同源基因表达沉默的工具，而miRNA的研究为RNAi的应用又提供了新的依据和思路，miRNA主要是在mRNA的水平上调节基因的表达，调节机制巧妙，相信在不久的将来人们会广泛运用到基因治疗、基因沉默、有目的的基因表达调控等。

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