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  • 發布時間:2020-09-07 12:12 原文鏈接: microRNA(miRNA)綜述2

    miRNA的作用方式

    最早被發現的兩個miRNAs――lin-4 and let-7被認為是通過不完全互補結合到目標靶mRNA3'非編碼區端,以一種未知方式誘發蛋白質翻譯抑制,進而抑制蛋白質合成,阻斷mRNA的翻譯。多個果蠅miRNAs也被發現和他們的目標靶mRNAs的3'非編碼區有部分同源。由于miRNAs和其潛在的目標靶之間并非完全互補,這使得通過信息學的方法鑒定miRNA的目標靶位點變得困難。因而也無法確定miRNAs的作用方式是什么,以何種機制影響的翻譯,以何種方式調控基因表達。miRNAs的作用目標靶和活性機制一直是各地的研究人員的關注熱點。

    在植物中目前有一個miRNA和3個潛在的目標靶基因完全互補(這些scarecrow基因編碼潛在的轉錄因子),盡管目前還不清楚這些基因是否就是miRNA的目標靶,這仍是第一次發現miRNA和其潛在的目標靶完全互補,也提示miRNA可能包含和 siRNA類似的作用方式。

    識別miRNAs的方法

    多個研究小組采用生物化學結合是生物信息學的方法開展對miRNAs的研究工作。由于據推測都是由Dicer酶降解RNA得到的,21―23個堿基大小、有5'端磷酸基和3'羥基的RNA片斷,有的實驗室采用改良的定向克隆方法來篩選具有相同特征的小分子――篩選一定大小的RNA分子,連接到3'和5'的適配子(adapters),逆轉錄并通過PCR擴增、亞克隆并測序。miRNA前體在基因組上的定位和聚類是通過向基因組數據庫查詢進行。這個方法有助于判斷miRNAs是否是mRNAs、tRNAs、rRNAs等分子的降解產物。

    有的實驗室通過一種RNA folding program 'mfold'來判斷C. elegans和C. briggsae之間的高度保守區域是否含有潛在的miRNA前體,然后用Northern Blots的方法來確定這些miRNAs是否真的表達了。



    盡管有數百個miRNAs通過生化或者是生物信息學的方法被鑒別出來,已經鑒別出來的miRNAs只不過是滄海一粟,由于很多已經鑒別出來的miRNAs是從單個克隆中鑒別出來的,所以可以假設還有很多miRNAs在分離和鑒定過程中被“漏掉”了,測序工作還遠遠不夠。

    miRNA和siRNA的關系

    miRNA和siRNA之間的關系令人迷惑。從表面上說,一個是非編碼的單鏈小分子RNA,在進化上高度保守,通過翻譯抑制調控基因表達而不影響轉錄本的穩定性;另一個是針對編碼區的雙鏈小分子RNA,每個轉錄本都可能有很多個siRNAs,是通過降解目標靶,在轉錄后調控基因表達。由于每個mRNA模版可能產生很多個siRNAs,要給每個siRNA定一個基因的名字就很困難。miRNA是進化進程中高度保守的,因此給直向同源物一個同樣的名字可能有助于了解他們的功能,而給另一個物種中一段無關的序列一個同樣的名字就容易造成混亂。

    然而,據推測miRNAs通常是由較大的(7090nt)的莖環結構(發夾結構)前體經Dicer酶切割得到的,而Dicer同樣負責將長雙鏈RNA切割為siRNA,而且二者的長度也差不多,同樣有調控基因表達功能。因而這兩類小分子RNA之間的關系格外令人關注。


    兩個廣為人知的miRNA――在線蟲中首次發現的lin-4和let-7,可以通過部分互補結合到目的mRNA靶的3'非編碼區(3'UTRs),通過一種未知方式誘發蛋白質翻譯抑制從而抑制蛋白質合成。這種結合并不誘導mRNA靶的降解,就是說作為翻譯抑制子本身不影響對應mRNA的豐度,其原因據推測是由于miRNA和結合位點之間不完全互補。這就區別于siRNA介導的mRNA的降解。但是其他一些 miRNAs可能以類似siRNA的方式介導目的RNA的降解。實驗表明引入和let-7目的mRNA靶完全互補的miRNA會誘導mRNA靶的降解。還有實驗結果表明一些miRNA,包括在植物中發現的Scarecrow miRNA,能結合完全互補的mRNA鏈從而降解mRNA序列,抑制蛋白合成。這提示miRNAs可以和siRNAs一樣作用,這兩種小分子RNA作用通路可能有重疊的部分。這種重疊同樣提示siRNAs可能也有和miRNAs同樣的功能。

    一個很有趣的實驗證實這個觀點:Doench和同事挑選一個已知在體內可以有效使CXCR4基因沉默的 siRNA,然后在熒光素酶報告基因的3'端插入對應的結合位CXCR4點――其中一個拷貝是插入一個完全匹配的CXCR4結合位點,另一個拷貝插入4個只有3'和5'端匹配,而中間不同的CXCR4結合位點,這樣選定的siRNA就不能完全結合到這個結合位點――中間形成一個突起的不匹配的環。將這兩個拷貝轉入Hela細胞并用siRNA誘導基因沉默。結果很有趣――兩個實驗都錄得熒光素酶活性下降了超過10倍,RT-PCR和Northern分析證實,第一個實驗的熒光素酶轉錄本下降了超過10倍,這正是正常的siRNA介導的RNAi反應,目標靶mRNA降解導致表達水平的下降,而第二個實驗中熒光素酶轉錄本僅僅下降1.2倍,這種目的基因表達水平下看起來象源于miRNA介導的翻譯抑制降,而不是siRNA介導的影響mRNA的穩定性導致。實驗表明:siRNA可能以miRNA的方式作用于mRNA。實驗人員還進行了另一個實驗:改變第二個實驗中的不匹配環的堿基序列看起來不影響抑制效果,但是 siRNA和報告基因上的結合位點的匹配程度越高抑制效果越好,增加siRNA的量,抑制效果越好――這一點和抑制的情況一樣――唯一不同的是:完全匹配的結合位點(siRNA作用方式)可以單獨起作用而相互不影響,而增加不完全配對的結合位點(注意在第二個實驗中用了4個CXCR4結合位點)的個數對翻譯抑制有顯著的加乘作用。



    在哺乳動物細胞中還沒有找到內源的siRNA,外源的siRNA介導的RNAi作用正是一種抵御機制。而 miRNAs則廣泛存在于哺乳動物細胞中,從理論上推測可能參與多種調控作用。這兩種小東西的作用機制和相互關系的本質就顯得更加撲朔迷離。如何在實驗中正確鑒定siRNA和miRNA,甚至是其他的小分子RNA都成為一個值得關注的問題。


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