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microRNAs(miRNAs)是一種小的,類似于siRNA的分子,由高等真核生物基因組編碼,miRNA通過和靶基因mRNA堿基配對引導沉默復合體(RISC)降解mRNA或阻礙其翻譯。miRNAs在物種進化中相當保守,在植物、動物和真菌中發(fā)現(xiàn)的miRNAs只在特定的組織和發(fā)育階段表達,miRNA組織特異性和時序性,決定組織和細胞的功能特異性,表明miRNA在細胞生長和發(fā)育過程的調節(jié)過程中起多種作用。
miRNA原理
miRNA基因通常是在核內由RNA聚合酶II(polII)轉錄的,最初產物為大的具有帽子結構(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴(AAAAA)的pre-miRNA。pre-miRNA在核酸酶Drosha和其輔助因子Pasha的作用下被處理成70個核苷酸組成的pre-miRNA。RAN–GTP和exportin 5將pre-miRNA輸送到細胞質中。隨后,另一個核酸酶Dicer將其剪切產生約為22個核苷酸長度的miRNA:miRNA*雙鏈。這種雙鏈很快被引導進入沉默復合體(RISC)復合體中,其中一條成熟的單鏈miRNA保留在這一復合體中。成熟的miRNA結合到與其互補的mRNA的位點通過堿基配對調控基因表達。
與靶mRNA不完全互補的miRNA在蛋白質翻譯水平上抑制其表達(哺乳動物中比較普遍)。然而,最近也有證據表明,這些miRNA也有可能影響mRNA的穩(wěn)定性。使用這種機制的miRNA結合位點通常在mRNA的3’端非翻譯區(qū)。如果miRNA與靶位點完全互補(或者幾乎完全互補),那么這些miRNA的結合往往引起靶mRNA的降解(在植物中比較常見)。通過這種機制作用的miRNAs的結合位點通常都在mRNA的編碼區(qū)或開放閱讀框中。每個miRNA可以有多個靶基因,而幾個miRNAs也可以調節(jié)同一個基因。這種復雜的調節(jié)網絡既可以通過一個miRNA來調控多個基因的表達,也可以通過幾個miRNAs的組合來精細調控某個基因的表達。隨著miRNA調控基因表達的研究的逐步深入,將幫助我們理解高等真核生物的基因組的復雜性和復雜的基因表達調控網絡。
目前只有一小部分miRNAs生物學功能得到闡明。這些miRNAs調節(jié)了細胞生長,組織分化,因而與生命過程中發(fā)育、疾病有關。通過對基因組上miRNA的位點分析,顯示其在發(fā)育和疾病中起了非常重要的作用。一系列的研究表明:miRNAs在細胞生長和凋亡,血細胞分化,同源異形盒基因調節(jié),神經元的極性,胰島素分泌,大腦形態(tài)形成,心臟發(fā)生,胚胎后期發(fā)育等過程中發(fā)揮重要作用。例如,miR-273和lys-6編碼的miRNA,參與線蟲的神經系統(tǒng)發(fā)育過程;miR-430參與斑馬魚的大腦發(fā)育;miR-181控制哺乳動物血細胞分化為B細胞;miR-375調節(jié)哺乳動物胰島細胞發(fā)育和胰島素分泌;miR-143在脂肪細胞分化起作用;miR-196參與了哺乳動物四肢形成,miR-1與心臟發(fā)育有關。另有研究人員發(fā)現(xiàn)許多神經系統(tǒng)的miRNAs在大腦皮層培養(yǎng)中受到時序調節(jié),表明其可能控制著區(qū)域化的mRNA翻譯。對于新的miRNA基因的分析,可能發(fā)現(xiàn)新的參與器官形成、胚胎發(fā)育和生長的調節(jié)因子,促進對癌癥等人類疾病發(fā)病機制的理解。
miRNA特點:
廣泛存在于真核生物中, 是一組不編碼蛋白質的短序列RNA , 它本身不具有開放閱讀框架(ORF) ;
通常的長度為20~24 nt , 但在3′端可以有1~2 個堿基的長度變化;
成熟的miRNA 5′端有一磷酸基團, 3′端為羥基, 這一特點使它與大多數寡核苷酸和功能RNA 的降解片段區(qū)別開來;
多數miRNA 還具有高度保守性、時序性和組織特異性。