microRNA在医学中的应用.ppt

1、microRNA在医学中的应用,内容,miRNA的研究方法和技术,miRNA在医学中的应用,展望,概述,概述,miRNA的发现、概念、命名,miRNA分子的起源于加工,miRNA分子的功能特性,3,小分子RNA的简介,1,2,4,小分子RNA,小RNA分子本身包含了若干类RNA，根据小RNA 的生成、结构和功能大约可分为以下三类： a miRNA （microRNA) b siRNA (short interfering RNA) c 其他小RNA,microRNA的发现,1993年，Lee等在秀丽新小杆线虫中发现第一个可时序调控胚胎后期发育的miRNA lin-4；2002年，Reinhar

2、t等又在线虫中发现第二个异时性开关miRNA家族 let-7 。 迄今为止，研究者们已在拟南芥、线虫、果蝇、小鼠和人等多种生物中发现了数以千计的microRNA分子。,进一步的研究表明，microRNA分子参与了包括发育、细胞分化、细胞凋亡、脂类代谢和激素分泌等多种生理过程，以及包括白血病、肺癌、结肠癌、糖尿病和病毒感染等多种病理过程。 小分子RNA研究，摘取2002年度SCIENCE十大发现第一名的桂冠。,概念,MicroRNAs（miRNAs）是一种小的内源性非编码RNA分子，大约由2125个核苷酸组成。通过与靶基因的3-UTR的配对，促进mRNA的降解或抑制mRNA的翻译，从而抑制其靶基

3、因的表达。,命名,全球成立了miRNA文库，对新的miRNA进行了分级和命名：http:/microrna.sanger.ac.uk/sequences/ 命名规则： 1.miRNA简写成miR-NO.,它的基因简写成mir-NO,如miR-155的基因简写成mir-155。 2.高度同源的miRNA在NO.后加英文字母（小写，一般从a开始）。 3.多基因拷贝的再在后面加-NO .，如miR-2a-1。,4.不同物种中同源的miRNA最好用同一个名字，如果一个前体的两个臂分别产生一个miRNA，则根据克隆实验，分清主要(大量)与次要(少量)成熟产物,在次要的后面加“”号，如miR-56和miR

4、-56 (表示量少的)。 5.如果不能区分表达量的多少，可做如下表达miR-142-5p（表示5端的臂）。 6.在数据库中每个miRNA名称前加上了物种的名称，如has-miR-208。 7.植物中的miRNA基因用斜体表示，如MIR156。,miRNA分子的形成过程,miRNA的功能,调节内源基因表达,参与细胞周期调控,参与个体发育过程,部分已知功能的miRNA miRNA 靶基因 功能作用 lin-4 Lin-14,lin-28 线虫早期时序发育 let-7 Lin-41,RAS 线虫晚期时序发育 lsy-6 Cog-1 线虫神经系统发育 miR-273 Die-1 线虫神经系统发育 ba

5、ntam Hid 果蝇细胞凋亡 miR-14 未知 果蝇细胞凋亡及脂类代谢 miR-430 未知 斑马鱼神经发育 miR-196 Hoxb8 人HL-60细胞系想髓系分化 miR-181 未知 小鼠B淋巴细胞分化 miR-375 Mtpn 小鼠胰岛素分泌 miR-15/16 BCL-2 人B淋巴细胞慢性白血病 miR-155 未知 人弥散性大B淋巴瘤,miRNA 靶基因 功能作用 miR-17-92 E2F1 人B细胞淋巴瘤和肺癌 miR-223 NF1A 人粒系分化 miR-23b Hes1 小鼠神经发育 miR-206 Connexin43 鸡骨骼肌发育 miR-169 MtHAP2-1

6、蒺藜苜蓿结细胞发育 miR-125a/b ERBB2,ERBB3 调节原癌基因的表达 miR-164a 未知 调节拟南芥叶缘形状的发育 miR-1 未知 影响人脂肪基质细胞成肌潜能 miR-133a 未知 人肌细胞发育 miR-9a Sens 调节果蝇感官发育 miR-122 未知 人肝癌发生 miR-156 SPL-3 促进拟南芥由营养期向花期 的转换,microRNA的功能范例,miRNA的研究方法和技术,生物信息学分析方法,分子生物学研究方法,miRNA的生物信息学分析策略,1.获得microRNA的序列信息，包括成熟和前体microRNA (PremicroRNA)序列、 microR

7、NA的基因组定位信息、 microRNA的基因分布特点，即确定目的microRNA是属于基因间分布性，还是基因内分布性microRNA。 2. microRNA基因簇分析，即目的microRNA基因与相邻microRNA基因关系分析。 3. microRNA基因的种系发育分析。 4.新microRNA基因的预测与生物信息学验证。 5.目的microRNA基因的序列分析，包括目的microRNA的启动子预测和转录因子结合位点分析。 6.目的microRNA的靶基因预测,miRNA的分子生物学研究方法,利用分子生物学技术开展microRNA功能研究的策略,microRNA的功能分析,miRNA 的

8、上调可用于鉴定功能获得表型；抑制或下调可以研究功能缺失表型。上调与下调的结合可用于鉴定被特定miRNA 调节的基因，以及特定miRNA 参与的细胞进程。 主应用包括： miRNA 靶定位点的鉴定和验证 筛选调节某个特定基因表达的miRNAs 筛选影响某个特定细胞进程的miRNAs,用于microRNA 功能研究的产品,敲除特异miRNA 活性的最简单方法Anti-miR miRNA Inhibitors 是序列特异的、经化学修饰以专一靶向和敲除特定miRNA 的分子。,细胞中miRNA 的上调可以通过转染合成的miRNAs 或表达miRNAs 的质粒来实现。 使用合成miRNAs 有几个好处：

9、 对于永生化的细胞，小分子RNA 的转染效率可以接近100%，合成miRNAs 的高效转染对于高通量应用如miRNA 功能筛选尤其有利. 小分子RNA 如miRNA 可以通过电转很容易的进入原代细胞而不会显著引起细胞死亡,合成 miRNA 可以用不同浓度进行转染，利于剂量反应研究 与质粒产生的miRNA 不同，参与翻译调控的合成miRNA分子的序列是确定的。由于miRNA 剪切和激活机制尚未完全明确，目前仍难以保证由质粒表达的目标miRNA 分子的加工和激活。,合成的microRNA与其它方法的比较,由质粒产生的microRNA,microRNA研究方法在医学中的应用,miRNA与疾病关系的研

10、究方式分为两类： 建立microRNA差异表达谱对疾病发生进行预测和诊断； 研究microRNA对疾病发生的分子机制。,microRNA与肿瘤,miRNA 表达与多种癌症相关，并且这些基因可能起到肿瘤抑制基因或是癌基因作用。 大约50%的得到注解的miRNAs 在基因组上定位于与肿瘤相关的脆性位点（fragile site）。 高通量的microRNA方法是研究microRNA在肿瘤中表达谱的有效方法，现将已见诸报道microRNA基因以不同方式做成探针固定于基质上，与RNA样品杂交，检测样品内microRNA表达水平的改变。,miRNA与肿瘤转移,MicroRNAs 可以起到肿瘤抑制基因和癌

11、基因的作用,目前肿瘤中已完成表达分析及初步功能研究的部分miRNA,肿瘤分类 表达水平 miRNA ID 染色体定位 经验证的 变化趋势 靶基因 胚细胞癌 表达上调 miR-21 17q23.2 TPM1 miR-155 21q21 AGTR1 表达下调 miR-10b 2q31 miR-125b1 11q24.1 Lin-28 miR-145 5q32.33 胶质瘤 表达上调 miR-10b 2q31 miR-130b 11q12 miR-221 Xp11.3 KIT miR125b1,b2 11q24.1,1q11.2 lin-28 miR-9-2 5q14 miR-25 7q22 miR

12、-21 17q23.2 TPM1 miR-123 9q34,肿瘤分类 表达水平 miRNA ID 染色体定位 经验证的 变化趋势 靶基因 表达下调 miR-181a,b,c 9q33.1-q34.13, Hox-A11 q31.2-q32.1,q13.3 miR-128 2q21 肝细胞癌 表达上调 miR-18 13q31.3 miR-224 Xq23 表达下调 miR-199a1,a2 19p13.2,1q24.3 miR-200a 1p36.33 miR-125a 19q13.41 lin-28 miR-195 17p13.1 甲状腺癌 表达上调 miR-146a,b 5q33.3,10

13、q24.32 IRAK1 miR-222 Xp11.3 KIT miR-221 Xp11.3 KIT miR-220 Xp25 miR-181a,b,c 9q33.1-q34.13 Hox-A11 1q31.2-q32.1,肿瘤分类 表达水平 miRNA ID 染色体定位 经验证的 变化趋势 靶基因 miR-213 miR-155 21q21 AGTR1 miR-21 17q23.2 TPM1 miR-9-3 15q26.1 miR-219-1 6p21.32 miR-138-1,-2 3p21.33,16q13 miR-345 14q32.2 miR-26a1 3p22.3 肺癌 表达上调

14、miR-21 17q23.2 TPM1 miR-24-1 9q22.32 miR-126 9q34.3 miR-30a 6q13 miR-143 5q32 ERK5 miR-145 5q32.33 miR-188 Xp11.23-q11.2 miR-331 12q22,肿瘤分类 表达水平 miRNA ID 染色体定位 经验证的 变化趋势 靶基因 表达下调 miR-200b 1p36.33 Let-7 HMGA2,RAS 结肠癌 表达上调 miR-223 Xq12 miR-21 17q23.2 TMP1 miR-17 13q31.3 miR-106a,b Xq26.2,7q22.1 表达下调 m

15、iR-143 5q32 ERK5 miR-145 5q32.33 miR-195 17p13.1 miR-130a 11q12.1 MAFB miR-331 12q22 慢性B淋巴 表达上调 miR-101 1p31.3 细胞白血病 miR-10b 2q31 miR-123 9q34 miR-132 11q12,肿瘤分类 表达水平 miRNA ID 染色体定位 经验证的 变化趋势 靶基因 miR-134 14q32 Limk1 miR-140 16q22.1 Histone deacetylase4 miR-141 12p13 miR-153-precusor 2q36 miR-154 14q

16、32 miR-188 Xp11.23-q11.2 miR-190 15q21 miR-196-2 12q13 Hoxb8 miR-217 2p16 miR-33 22q13.2 miR-92-1 13q31 表达下调 miR-192 11q13 miR-213 1q31.3-q32.1 miR-220 Xp25,microRNA与病毒,病毒作为一种微小的感染介质，缺乏独立的代谢及复制功能，其生命周期的完成离不开合适的宿主所提供的生存环境。 一些动物病毒在其基因组中编码microRNA ，这些病毒在感染细胞中表达病毒microRNA 来控制自身和宿主基因表达以优化感染。 microRNA可通过抑

17、制宿主体内一些蛋白质表达，借以清除感染及寄居的障碍。 microRNA在发挥功能的同时又无免疫原性，使得病毒的寄居更为安全。,目前的发现： 1. Pfeffer等报道，EB病毒（EBV）编码5个microRNA，每个都能调节病毒基因参与潜伏和宿主细胞基因的表达. 2. Sullivan等的研究表明，猴病毒（SV）miRNA 在感染晚期积累，与病毒早期的mRNA完全互补，并且把那些mRNA作为裂解的靶标，这虽减少 T抗原的表达，但是相对于突变缺失SVmiRNA 的病毒并不减少感染病毒的产量.,3.与病毒基因组编码miRNA 来增加感染性相对应，感染病毒的细胞也会产生miRNA作用于病毒。Omot

18、o等鉴定了HIV-1感染并且nef转导的细胞中nef表达的miR-N367 ，并且发现在人T 细胞中miR-N367降低HIV-1LTR启动子的活性，从而抑制HIV-1转录。 4.这些研究无疑为我们揭示病毒感染的发病机理开辟了新方向，也为药物设计与针对性治疗提供了潜在目标。,编码miRNA的病毒及名称 病毒名称 病毒种属 miRNA数目 miRNA名称 Herpesvirus EBV 23 miR-BHRF1-(1-3) miR-BART1-20 KSHV 12 miR-K1-12 HCMV 11 miR-UL22-1,miR-US5-1 miR-US5-2,miR-UL36-1 miR-UL112-1,miR-US25-1 miR-US25-2,miR-UL148D-1 miR-US33-1,miR-UL70-1 miR-US4-1 MDV 8 MDV-miR-(1-8) HSV-1 1 miR-LAT MHV68 9 miR-M1-(1-9) rLCV 16 miR-Rl1-(1-16) Polyomavirus SV40 1 miR-S1 Mouse Polyomavirus 1 未命名 SA12 Polyomavirus 1 未命名 Adenovir