【8.2.1】microRNA
- microRNAs (miRNA) 是小的非编码RNA，长度在18-24 个核苷酸之间。
- MicroRNA 通过与信使 RNA (mRNA) 的 3' 非翻译区 (UTR) 的互补序列进行碱基配对，在转录后水平上调节基因表达。
- 这种相互作用通过切割 mRNA 链导致基因沉默或通过缩短 polyA 尾或抑制 mRNA 翻译成蛋白质来破坏 mRNA。
1990 年代初，microRNA 首次在生物体 秀丽隐杆线虫中被发现。目前，已在人类基因组中鉴定出 2500 多种成熟的 microRNA。相当一部分似乎在其他动物中高度保守。
microRNA 基因在细胞核中由 RNA 聚合酶 II 转录为长单链 RNA (ssRNA)，称为“初级 microRNA”（primary microRNA）或“pri-miRNA”。
ssRNA 转录物形成一个发夹环结构，它通过称为 Drosha/Dgcr8 的核蛋白复合物发出 RNA 核酸酶裂解的信号。由此产生的短发夹 RNA 被称为“前体-microRNA”或“pre-miRNA”。Pre-miRNA 被核输出蛋白 Exportin 5 释放到细胞质中，并被 Dicer 酶切割成约 22 个核苷酸长的成熟 microRNA。链分离后，单链成熟的 microRNA 被整合到 microRNA 诱导的沉默复合物 (miRISC) 中。通过 RISC，microRNA 通过直接碱基配对与 mRNA 分子的 3´UTR 结合。miRISC 与 mRNA 的结合通过抑制 mRNA 翻译或 mRNA 不稳定导致转录后基因沉默。
microRNA 的 5´UTR 区域也称为种子区域（核苷酸 1 到 8），对靶向和功能具有最重要的影响。MicroRNA 不需要完美的互补性来识别目标，单个 microRNA 能够调节多达数百种或更多的 mRNA 种类。
成熟的microRNA（miRNA）是一类天然生成的小型非编码RNA分子，长约21-25个核苷酸。microRNA与一种或多种信使RNA（mRNA）分子部分互补，其主要功能是以各种方式下调基因表达，包括翻译抑制，mRNA剪切和脱腺苷化。microRNA首先于1993年由Lee和他的同事1提出， 而microRNA这一术语是在2001年创造2。随后通过随机克隆和测序或计算进行预测，来自于各种生物体中的数以千计的miRNA已经得到鉴定。由桑格研究所创办的miRB，提供了miRNA命名，序列数据，注释和目标预测信息。
一、 MIRNA生物合成
图 1.miRNA途径
编码miRNA的基因比经过处理的成熟miRNA分子长得多。已知许多miRNA位于其前mRNA宿主基因的内含子中，并共享其调控元件、初级转录物，并具有相似的表达模式。对于其他的miRNA基因——需要从其自身启动子转录的miRNA，这类miRNA已经鉴定出少数几个初级转录产物。microRNA通过RNA聚合酶II被转录为名为pri-miRNA的大型RNA先导物，并由5’端帽子和polyA尾部组成3。pri-miRNA在细胞核中由微处理器复合物处理，该微处理器复合物由RNase III酶Drosha4和双链RNA结合蛋白Pasha/DGCR8组成5。得到的pre-miRNA长度约为70个核苷酸，折叠成不完美的茎环结构。然后pre-miRNA通过karyopherin exportin 5（Exp5）和Ran-GTP复合物输出到细胞质中6。Ran（ras相关核蛋白）是一种属于RAS超家族的小型GTP结合蛋白，对于RNA和蛋白质通过核孔复合体至关重要7。Ran GTPase结合Exp5并与pre-miRNA形成核异源三聚体6,8。一旦进入到细胞质中，pre-miRNA经过RNAse III酶Dicer9的另外处理步骤产生长度约为22个核苷酸的双链RNA。Dicer同时也启动了RNA诱导沉默复合物（RISC）的形成rev. in 10。RISC负责由于miRNA表达和RNA干扰而观察到的基因沉默11。
二、DICER的功能
Dicers是包含ATPase/RNA解旋酶，DUF283（功能域未知）域，PAZ（Piwi，Argonaut和Zwille）域的大型200kDa的蛋白质，其可以结合mi和siRNA的特征性双碱基3’突出端，两个催化性RNase III结构域（RIIIa和RIIIb）和C末端双链RNA结合结构域（dsRBD）。Dicer作为一种单体发挥作用，并具有一个处理中心，处理中心具有分子内二聚化的两个RNase III结构域。每个RNase结构域独立地切割双链体的一条RNA链以产生具有2-nt 3’突出端的产物。除了从pre-miRNA剪切得到miRNA之外，Dicer酶还将dsRNA加工成siRNA。在Dicer切割之后，miRNA的生成途径类似于动物中RNA干扰（RNAi）的主要步骤。与siRNA不同的是，microRNA可以指导RISC通过翻译抑制（基于miRNA和mRNA之间的较低互补性）下调基因表达，或者作为siRNA进行并介导mRNA切割。转录后机制的选择不是由沉默RNA（siRNA或miRNA）的来源决定的，而是由互补程度决定的。如果miRNA与其靶标完美或几乎互补，则可特异性切割靶mRNA。内源表达的miRNA通常与其靶基因不完全互补，并通过翻译抑制调节对基因表达的影响12。
三、RISC复合体
当切酶切割pre-miRNA茎环时，形成两个互补的短链RNA分子，但只有一个会整合到RISC复合物中。RISC是含有Argonaute（Ago）家族蛋白质成员的核糖核蛋白复合物。Argonaute蛋白具有针对与其结合的miRNA片段互补的mRNA链的核酸内切酶活性。Argonaut还负责选择引导链和破坏随从链。所引入的链被称为引导链，引导链由argonaute蛋白根据其5’端的稳定性进行选择。称为随从链（*）的剩余链被降解为RISC复合物底物。dsRNA引导链的选择似乎主要基于dsRNA两端末端的稳定性13。双链体5’末端2-4 nt的碱基配对稳定性较低的链优先与RISC缔合，从而成为活性miRNA13。整合到活性RISC复合物中后，miRNA通过结合mRNA靶标的3’非翻译区（UTR）内的不完全互补位点发挥其调节作用。由miRNA的结合产生双链RNA，而双链RNA导致翻译抑制。
四、MIRNA在研究中的应用
虽然miRNA在十年前首次被发现，但是直到最近，研究人员才开始了解这些调控分子的功能范围和多样性。越来越多的证据表明，miRNA表现出与细胞生长，发育和分化有关的各种关键调节功能，并与各种人类疾病有关。几个miRNA已被发现与癌症14,15和心脏病16有关。表达分析研究揭示了与正常组织相比肿瘤中miRNA表达受到干扰15。microRNA在乳腺癌，肺癌和结肠癌中失调，并在Burkitt’s和其他人类B细胞淋巴瘤中上调。因此，人类miRNAs可能作为生物标记物会非常有用，特别是对于未来的癌症诊断，有关miRNA的研究正在迅速成为疾病干预领域的具有吸引力的研究方向。除了与癌症相关之外，microRNA还在控制心脏功能和功能障碍的多个方面中起重要作用。包括心肌细胞的生长，心室壁的完整性，收缩性，基因表达和心律的维持。研究表明miRNA的错误表达与多种形式的心脏疾病是具有绝对关联性的16。
五、MIRNA研究产品
不言而喻，miRNA研究具有很大的潜力，可能成为未来许多尖端医疗疗法的中坚力量。为了跟上各领域学者对miRNA日益增长的兴趣，Sigma对这个快速发展的研究领域跟进了强有力的资源投入，并正在为我们的客户开发全面的产品组合，包括miRNA分离，扩增，分析和功能分析。mirPremier microRNA 分离试剂盒 进一步完善了功能已经非常强大MISSION® RNAi 的产品线，其中包括了MISSION® siRNA, MISSION® miRNA mimics 和 shRNA 产品 和shRNA的产品等广泛的选择，同时也提供库试剂盒，基因检测试剂， 抗体 and AQUA™ 肽 用于蛋白质水平检测。支持整个实验流程的试剂，包括细胞培养, 细胞生物学化合物 和分析工具，转染试剂等等）
参考资料
