miRNA讲稿教学讲解课件

microRNA简介

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microRNA简介

.前言近些年来，人类发现了许多不同种类的RNA分子，其中最为重要的是小RNA分子的发现。有些小RNA分子能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型.前言近些年来，人类发现了许多不同种类的RNA分子，其中最为重

RNA的分类

细胞和和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核蛋白体组成成分信使RNAmRNAmtmRNA蛋白质合成模板转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸不均一核RNAhnRNA成熟mRNA的前体小核RNAsnRNA参与hnRNA的剪接、转运小胞浆RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分.RNA的分类

小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小

RNA的生成、结构和功能大约可分为以下三类：

amiRNA（microRNA)bsiRNA(shortinterferingRNA)c其他小RNA.小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小

WhataremicroRNAs？miRNA是广泛存在于真核生物中的一组短小的、不编码蛋白质的RNA家族，它们是由19-25个核苷酸组成的单链RNA（3‘端可有1~2个碱基长度的变化）；miRNA的表达具有组织特异性和阶段特异性。即：在不同组织中表达有不同类型的miRNA,在生物发育的不同阶段里有不同的miRNA表达；

MicroRNAs:SmallRNAsWithABigRoleInGeneRegulation.WhataremicroRNAs？miRNA是广泛存在于TheimportanceofmicroRNAsRegulatingtheexpressionofsignalingmolecules(cytokines,growthfactors,transcriptionfactors,proapoptotic&antiapoptoticgenes,etc.)ImportanteffectsinApoptosisCellproliferationStemcelldivisionNeuronalcellfateDevelopmentaltimingHematopoieticcellfateRegulationofinsulinsecretionNEJM2005;353:1768-71.TheimportanceofmicroRNAsRe1993年Lee等人用遗传分析的方法在秀丽新小杆线虫（Caenorhabditiselegan）中发现了第一个可时序调控胚胎后期发育的基因lin-4；这种单链RNA通过碱基配对的方式结合到靶mRNAlin-14的3’末端非翻译区(3’UTR),从而抑制lin-14的翻译,但并不影响其转录。

miRNA的发现：.1993年miRNA的发现：.2001年10月《science》报道了三个实验室从线虫、果蝇和人体克隆的几十个类似C.elegan的lin-4的小RNA基因，称为microRNA。2002年Reinhart等又在线虫C.elegan中发现第二个异时性开关基因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。

.2001年10月.microRNAs的特征

①它广泛存在于真核生物中，本身不具有开放阅读框架（ORF)，是一组不编码蛋白质的序列②通常长度为21～23nt，但在3’端有1～2个碱基的长度变化（miRNA具体长度尚无统一标准）；③成熟的miRNA5’端有一磷酸基团，3’端为羟基，这一特点可以和大多数功能RNA降解片段和寡核苷酸区别开来；.microRNAs的特征①它广泛存在于真核生物中，本身④大多数miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性。⑤许多miRNA在表达上具有组织特异性（Lee等，2001)。⑥大多数已发现的miRNA的表达都具有时序性。.④大多数miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性。.miRNA的成熟据体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要两个步骤： 1）由长的内源性转录本（pri-miRNA)生成70nt左右的miRNA前体（pre-miRNA)，该过程发生在细胞核;2)将pre-miRNA加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质中。.miRNA的成熟据体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要Pre-miRNAPre-miRNA是由内源性基因间区或内含子的DNA反向重复序列转录而来,它是一种长约70nt的非编码RNA,具有茎-环结构也即发夹状结构。Pre-miRNA在Dicer的作用下可被剪切成miRNAmiRNA只是pre-miRNA茎中的一个臂.Pre-miRNA.MicroRNAsaretranscribedinaRNAPolymeraseII-dependentmanneraslargepolyadenylatedpri-microRNAs.RNAPIIcatalyzesthetranscriptionofDNAtosynthesizeprecursorsofmRNAandmostsnRNAandmicroRNAYangCGFR16:397,2005.MicroRNAsaretranscribedinaPri-microRNAsarecleavedwithinthenucleusbyDrosha,anRNaseIII-typenuclease,toformpre-microRNA60–70nucleotidehairpinstructures.BJH137,503-5122007.Pri-microRNAsarecleavedwith

DrosharequiresthecofactorDiGeorgesyndromecriticalregion8gene(DGCR8)inhumans(Yeometal,2006).BJH137,503-5122007.DrosharequiresthecofactorThepre-microRNAsareexportedfromthenucleustothecytoplasmbyExportin5(Zeng,2006).BJH137,503-5122007.Thepre-microRNAsareexportedThecytoplasmicpre-microRNAisfurthercleavedtoformanasymmetricduplexintermediate(microRNA:microRNA*)byDicer,anotherRNaseIII-typeenzyme.SimilartoDrosha,cofactorssuchasTRBPandPACT(inhumans)arenecessaryforDiceractivity(Leeetal,2006)..Thecytoplasmicpre-microRNAimicroRNA:microRNA*duplexisinturnloadedintothemiRNA-inducedsilencingcomplexmiRISC.microRNA:microRNA*duplexisiTheconsequenceofmiRISC-loadedmicroRNAsislargelydependentuponthedegreeofcomplimentaritybetweenthemicroRNAanditstargetgene.ItleadstoeitherdegradationofmRNAorblockageoftranslationwithoutdegradation..TheconsequenceofmiRISC-loadCell,Vol.116,281–297,January23,2004ThechoiceofposttranscriptionalmechanismsisnotdeterminedbywhetherthesmallsilencingRNAoriginatedansiRNAoramiRNAbutinsteadisdeterminedbytheidentityofthetarget..Cell,Vol.116,281–297,JanuamiRNA与靶mRNA的作用模式：1）二者不完全互补，即二者不完全时配对结合时，主要影响翻译过程而对mRNA的稳定性无任何影响。如线虫的lin-42）二者完全互补，即二者完全配对结合后，类似siRNA与靶mRNA的结合，特异性的切割mRNA。如miR39/miR1713）上述两种模式均具备。当其与靶mRNA完全互补配对时，直接靶向切割mRNA，而不完全互补配对时起调节基因翻译的作用。如let-7果蝇/线虫.miRNA与靶mRNA的作用模式：1）二者不完全互补，即二者BiogenesisofmicroRNAs.BiogenesisofmicroRNAs.....分子信息学筛选miRNA的原理：该方法的出发点为前体的发夹状结构及miRNA在物种间的保守性。miRNA基因可能定位于编码蛋白基因的内含子区域（有意义链或反意义链）及远离任何已知基因的基因间区域。

一些时候，几个发夹状结构以多顺反子的形式丛集在一起.

UweOhler,ChrisBurge等人给出了一些可以提高寻找miRNA基因的准确性的一些附加条件：1）上游和下游保守序列的数量；2）候选发夹状结构的上游高度保守的模序的存在。.分子信息学筛选miRNA的原理：该方法的出发点为前体的发夹状小结从前述的诸多信息，我们可以得出一个结论，那就是RNA不再只是作为DNA与蛋白质之间的中介发挥作用，而是参与到了基因的表达调控、RNA的定点修饰，以及染色体的结构组织等各个方面。短短几年内miRNA研究的迅速突破，不只是RNA研究的一个新突破，更是为人们提供了一种全新的认识基因和基因表达调节本质的角度，同时也使人们开始注意miRNA在疾病发生过程中所扮演角色。.小结从前述的诸多信息，我们可以得出一个结论，那就

miRNA功能的研究方法最具权威性的决定新的miRNA功能的实验是从这些基因中分离突变部分。目前，还没对线虫和DrosohammiRNA的遗传位点进行分子水平的定位。基因敲除、RNA干扰、增加基因剂量、基因错误表达等方法都可用于研究这些miRNA的功能.返回.miRNA功能的研究方法返回.

现在许多miRNA已经被鉴定,在海拉细胞中每100个miRNA中就有30个let-7,当这些新的生化产物偏向于丰富的miRNA时，分离的特殊的miRNA揭示了丰富的小RNA世界。另一方面，一旦miRNA被孤立,其表达水平会被降低。许多miRNA是从混合阶段的RNA标本中分离得到，通过生化方法从经过挑选过的细胞类型或精细分级标本中采集的miRNA有可能揭示在特定的细胞和特定的时间可能出现稀有的miRNA,但是检测在特殊细胞类型或特殊条件下被表达的miRNA需要以现在研究获得的miRNA的信息为基础。

事实上，小RNA世界的基因数量是很大的,在每个基因组中具有成百上千个。小RNA基因就像天文学上黑洞,都在我们身边却没有被检测到,直到第一次对线虫进行遗传学分析。下一步，我们将继续研究这些调控RNA扩增和系统延伸的原理。

结语.

现在许多miRNA已经被鉴定,在海拉细胞中每

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.前言近些年来，人类发现了许多不同种类的RNA分子，其中最为重要的是小RNA分子的发现。有些小RNA分子能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型.前言近些年来，人类发现了许多不同种类的RNA分子，其中最为重

RNA的分类

细胞和和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核蛋白体组成成分信使RNAmRNAmtmRNA蛋白质合成模板转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸不均一核RNAhnRNA成熟mRNA的前体小核RNAsnRNA参与hnRNA的剪接、转运小胞浆RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分.RNA的分类

小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小

RNA的生成、结构和功能大约可分为以下三类：

amiRNA（microRNA)bsiRNA(shortinterferingRNA)c其他小RNA.小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小

WhataremicroRNAs？miRNA是广泛存在于真核生物中的一组短小的、不编码蛋白质的RNA家族，它们是由19-25个核苷酸组成的单链RNA（3‘端可有1~2个碱基长度的变化）；miRNA的表达具有组织特异性和阶段特异性。即：在不同组织中表达有不同类型的miRNA,在生物发育的不同阶段里有不同的miRNA表达；

MicroRNAs:SmallRNAsWithABigRoleInGeneRegulation.WhataremicroRNAs？miRNA是广泛存在于TheimportanceofmicroRNAsRegulatingtheexpressionofsignalingmolecules(cytokines,growthfactors,transcriptionfactors,proapoptotic&antiapoptoticgenes,etc.)ImportanteffectsinApoptosisCellproliferationStemcelldivisionNeuronalcellfateDevelopmentaltimingHematopoieticcellfateRegulationofinsulinsecretionNEJM2005;353:1768-71.TheimportanceofmicroRNAsRe1993年Lee等人用遗传分析的方法在秀丽新小杆线虫（Caenorhabditiselegan）中发现了第一个可时序调控胚胎后期发育的基因lin-4；这种单链RNA通过碱基配对的方式结合到靶mRNAlin-14的3’末端非翻译区(3’UTR),从而抑制lin-14的翻译,但并不影响其转录。

miRNA的发现：.1993年miRNA的发现：.2001年10月《science》报道了三个实验室从线虫、果蝇和人体克隆的几十个类似C.elegan的lin-4的小RNA基因，称为microRNA。2002年Reinhart等又在线虫C.elegan中发现第二个异时性开关基因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。

.2001年10月.microRNAs的特征

①它广泛存在于真核生物中，本身不具有开放阅读框架（ORF)，是一组不编码蛋白质的序列②通常长度为21～23nt，但在3’端有1～2个碱基的长度变化（miRNA具体长度尚无统一标准）；③成熟的miRNA5’端有一磷酸基团，3’端为羟基，这一特点可以和大多数功能RNA降解片段和寡核苷酸区别开来；.microRNAs的特征①它广泛存在于真核生物中，本身④大多数miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性。⑤许多miRNA在表达上具有组织特异性（Lee等，2001)。⑥大多数已发现的miRNA的表达都具有时序性。.④大多数miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性。.miRNA的成熟据体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要两个步骤： 1）由长的内源性转录本（pri-miRNA)生成70nt左右的miRNA前体（pre-miRNA)，该过程发生在细胞核;2)将pre-miRNA加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质中。.miRNA的成熟据体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要Pre-miRNAPre-miRNA是由内源性基因间区或内含子的DNA反向重复序列转录而来,它是一种长约70nt的非编码RNA,具有茎-环结构也即发夹状结构。Pre-miRNA在Dicer的作用下可被剪切成miRNAmiRNA只是pre-miRNA茎中的一个臂.Pre-miRNA.MicroRNAsaretranscribedinaRNAPolymeraseII-dependentmanneraslargepolyadenylatedpri-microRNAs.RNAPIIcatalyzesthetranscriptionofDNAtosynthesizeprecursorsofmRNAandmostsnRNAandmicroRNAYangCGFR16:397,2005.MicroRNAsaretranscribedinaPri-microRNAsarecleavedwithinthenucleusbyDrosha,anRNaseIII-typenuclease,toformpre-microRNA60–70nucleotidehairpinstructures.BJH137,503-5122007.Pri-microRNAsarecleavedwith

DrosharequiresthecofactorDiGeorgesyndromecriticalregion8gene(DGCR8)inhumans(Yeometal,2006).BJH137,503-5122007.DrosharequiresthecofactorThepre-microRNAsareexportedfromthenucleustothecytoplasmbyExportin5(Zeng,2006).BJH137,503-5122007.Thepre-microRNAsareexportedThecytoplasmicpre-microRNAisfurthercleavedtoformanasymmetricduplexintermediate(microRNA:microRNA*)byDicer,anotherRNaseIII-typeenzyme.SimilartoDrosha,cofactorssuchasTRBPandPACT(inhumans)arenecessaryforDiceractivity(Leeetal,2006)..Thecytoplasmicpre-microRNAimicroRNA:microRNA*duplexisinturnloadedintothemiRNA-inducedsilencingcomplexmiRISC.microRNA:microRNA*duplexisiTheconsequenceofmiRISC-loadedmicroRNAsislargelydependentuponthedegreeofcomplimentaritybetweenthemicroRNAanditstargetgene.ItleadstoeitherdegradationofmRNAorblockageoftranslationwithoutdegradation..TheconsequenceofmiRISC-loadCell,Vol.116,281–297,January23,2004ThechoiceofposttranscriptionalmechanismsisnotdeterminedbywhetherthesmallsilencingRNAoriginatedansiRNAoramiRNAbutinsteadisdeterminedbytheidentityofthetarget..Cell,Vol.116,281–297,JanuamiRNA与靶mRNA的作用模式：1）二者不完全互补，即二者不完全时配对结合时，主要影响翻译过程而对mRNA的稳定性无任何影响。如线虫的lin-42）二者完全互补，即二者完全配对结合后，类似siRNA与靶mRNA的结合，特异性的切割mRNA。如miR39/miR1713）上述两种模式均具备。当其与靶mRNA完全互补配对时，直接靶向切割mRNA，而不完全互补配对时起调节基因翻译的作用。如let-7果蝇/线虫.miRNA与靶