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MicroRNA 生科01班杨娟 MicroRNA的发现 第一个被确认的miRNA是在线虫中首次发现的lin 4和let 7 随后多个研究小组在包括人类 果蝇 植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNAs 近年来 Cell Nature Scicence连续把RNA的研究进展列为 十大科技突破之一 其中最引人注目的是microRNA mircoRNA的定义 MicroRNAs miRNAs 是指长度约21 25个核苷酸的小型非编码RNA家族 这些小RNA 能够识别特定的目标mRNA 并在转录后水平负调控基因的表现 miRNAs与干扰RNA 从表面上说 一个是非编码的单链小分子RNA 在进化上高度保守 通过翻译抑制调控基因表达而不影响转录本的稳定性 另一个是针对编码区的双链小分子RNA 每个转录本都可能有很多个siRNAs 是通过降解目标靶 在转录后调控基因表达 由于每个mRNA模版可能产生很多个siRNAs 要给每个siRNA定一个基因的名字就很困难 miRNA是进化进程中高度保守的 因此给直向同源物一个同样的名字可能有助于了解他们的功能 而给另一个物种中一段无关的序列一个同样的名字就容易造成混乱 mircoRNA的特征 1大都是由具有发夹结构大都是由具有发夹结构 约70个碱基大小形成发夹结构的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成的 有5 端磷酸基和3 羟基 大小约21 25nt的小分子RNA片断 定位于RNA前体的3 端或者5 端 2高度的保守性 有研究发现分别从线虫 果蝇和Hela细胞中鉴定的100个新miRNAs中 越线虫 果蝇和哺乳动物基因组具有高度的保守性 只有有1 2个碱基的区别 miRNAs的表达方式各不相同 部分线虫和果蝇的miRNA在各个发育阶段的全部细胞中都有表达 而其他的miRNA则依据某种更为严谨的位相和时相的表达模式 amorerestrictedspatialandtemporalexpressionpattern 在不同组织 不同发育阶段中miRNA的水平有显著差异这种miRNAs表达模式具有分化的位相性和时序性 提示miRNAs有可能作为参与调控基因表达的分子 因而具有重要意义 miRNA的功能 miRNAs参与生命过程中一系列的重要进程 包括早期发育 Reinhart2000 细胞增殖 细胞凋亡 细胞死亡 Brennecke2003 脂肪代谢 Xu2003 和细胞分化 Kawasaki2003 此外 一个研究表明 2个miRNAs水平的下降和慢性淋巴细胞白血病之间的显著相关 提示miRNAs和癌症之间可能有潜在的关系 Calin2002 然而 大多数miRNAs的功能仍然是个谜 第一个被确认的miRNA 在线虫中首次发现的lin 4和let 7 可以通过部分互补结合到目的mRNA靶的3 非编码区 3 UTRs 以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制 进而抑制蛋白质合成 通过调控一组关键mRNAs的翻译从而调控线虫发育进程 reviewedinPasquinelli2002 bantammiRNA是第一个被发现有原癌基因作用的miRNA 除了lin 4 let 7 已知还有一些miRNAs可能参与在细胞分化和组织发育过程中起重要作用的基因的转录后调控 例如mir 14 mir 23等 在植物miRNAs的研究中有两条线索提示miRNAs可能参与植物的发育过程 一是在carpelfactory car 突变株中3个miRNAs的表达水平显著下降 CARPELFACTORY是一个类似Dicer的酶 参与植物的发育 其缺失突变株表现为胚胎和叶片发育的缺陷 实验结果提示这种缺陷是由于缺少miRNAs加工而造成的 多数的植物miRNAs在某些特定组织中高水平表达也提示他们可能参与了植物组织的发育 miRNA的作用方式 最早被发现的两个miRNAs lin 4andlet 7被认为是通过不完全互补结合到目标靶mRNA3 非编码区端 以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制 进而抑制蛋白质合成 阻断mRNA的翻译 多个果蝇miRNAs也被发现和他们的目标靶mRNAs的3 非编码区有部分同源 由于miRNAs和其潜在的目标靶之间并非完全互补 这使得通过信息学的方法鉴定miRNA的目标靶位点变得困难 因而也无法确定miRNAs的作用方式是什么 以何种机制影响mRNA的翻译 以何种方式调控基因表达 miRNAs的作用目标靶和活性机制一直是各地的研究人员的关注热点 研究miRNA的工具 小分子RNA的分离 现行的RNA纯化方法包括有机溶剂抽提 乙醇沉淀 或者是采用硅胶膜离心柱的方法来纯化RNA 小分子RNA往往被淘汰掉 因而不适用于小分子RNA miRNAIsolationKit主要是采用玻璃纤维滤膜离心柱 glassfiberfilter GFF 方法分离 小分子RNA探针的制备 要准备目的基因的一小段寡核苷酸序列 3 端另外增加8个和T7启动子互补的碱基 将这段寡核苷酸和T7启动子引物退火 用Klenow大片断补齐得到双链的转录模版 然后用T7RNA聚合酶 rNTP和标记物混合 体外转录得到标记的小分子RNA探针 研究miRNA的工具 小分子RNA的检测 由于小分子RNA是一类很小的分子 部分小分子RNA表达水平可能很低 因而需要极为灵敏而定量的分析工具 由于其分子很小 用RT PCR的方法来定量研究非常困难 目前多数采用NorthernBlots 一种技术复杂而费力的方法 改进的新方法 将同位素标记好的小分子RNA探针和待检测样品混合杂交 未杂交的RNA和多余的探针用单链核酸酶消化 然后使核酸酶失活 并纯化杂交的RNA分子 最后通过变性胶电泳放射自显影检测结果 miRNAs最新发现 Cell子刊新发现 microRNA加工影响长寿Joslin糖尿病中心的科学家在研究衰老和疾病的过程中 发现脂肪组织的microRNA加工对衰老和抵抗力有着重要影响 这一发现有望帮助人们开发增强抵抗力 延长寿命和改善代谢情况的新药物 JCI microRNA帮助治疗败血症血管内皮VE是血液和所有组织之间的重要分界 败血症等急性炎症与糖尿病和关节炎等慢性炎症 都是由血管壁持续发炎 血管内皮的功能紊乱引起的 研究人员发现一种microRNA miR 181b 能通过调节NF B信号通路 减轻导致败血症等疾病的炎症反应 PNAS 小分子RNA引发肥胖代谢问题近期德国的科学家们揭示了联系体重与2型糖尿病的分子机制 研究人员发现肥胖小鼠中miRNA 143水平增高抑制了胰岛素诱导