microRNA与靶基因相互调控机制的研究进展

microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约22个核苷酸的单链非编码RNA分子,其通过剪切信使RNA或非编码RNA、沉默或激活转录、primary mi RNA(pri-miRNA)加工及mRNA翻译,调控几乎所有细胞增殖分化、个体生长发育及内环境稳态.大量研究已对miRNA的生物发生和调控机制进行了清晰阐述.然而,关于miRNA的转换机制,尤其是miRNA在特定条件下的快速变化,仍尚未解决.近年来研究发现,靶基因能以序列依赖性方式调控miRNA的生成和降解,表明miRNA和靶基因之间的调控不是单向的,而是相互调控.本文详细概述靶基因调控miRNA的最新进展,归纳二者相互作用的条件和机制,提出miRNA转换的研究方向,以期为深入研究机体内miRNA与靶基因的相互作用及开发miRNA靶向治疗药物提供理论基础.     

利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

调控基因表达的miRNA

近年来, 在小分子RNA中发现了一类与调节基因表达密切相关的分子micro RNA (miRNA). miRNA由内源性基因编码, 可通过诱导mRNA的切割降解, 翻译抑制或者其他形式的调节机制抑制靶基因的表达. 寻找这类调节分子及其靶基因已成为研究的热点. 我们试图回顾miRNA的研究历史, 简介miRNA 分子的检测方法, 介绍 miRNA 在基因组中的位置、miRNA靶基因的搜寻、miRNA生物功能的鉴定, 并探讨miRNA的作用机制, 最后展望 miRNA 在调控生命体的发生、生长、发育和分化等方面的重要作用. 可以预测, 全部miRNA基因功能的鉴定必将给人们对生命体的研究带来新的理念、方法和思路.     

非编码RNA在肿瘤发生中的不同作用

哺乳动物中大部分基因通过转录产生大量的非编码RNA.过去的10余年间,microRNA和siRNA2种小分子非编码RNA以及其他各种类型非编码RNA的发现,极大地促进了生物学发展.非编码RNA研究领域也不断被拓展.最近不少文献报道了miRNA和其他ncRNA的各种功能,如H19RNA、HOTAIR、超保守区域转录子、天然反义RNA、转运RNA和线粒体的非编码RNA等非编码RNA参与多种细胞活动,并与一些疾病及肿瘤相关.本文将介绍一些非编码RNA与肿瘤相关的最新研究进展,并着重讨论除microRNA以外其他ncRNA与肿瘤的关系.     

microRNA在肿瘤中的作用

miRNA(microRNAs)是一类由内源基因编码的长度为18～23个碱基的非编码单链RNA分子,它们在转录后水平调节基因的表达。据报道,在多种癌症中发现了miRNA表达量改变,提示其可能与癌症的发病机理、肿瘤生长和转移等相关,起到癌基因或抑癌基因的作用。大量证据表明,miRNA的异常表达会促进肿瘤的发生和发展,因此在包括非小细胞肺癌、乳腺癌和前列腺癌等多种癌症中具有临床价值。笔者主要阐述miRNA的生成过程,以及目前已知的相关miRNA在肺癌、乳腺癌、前列腺癌的预测、诊断、治疗和预后中的临床应用及相关分子机制。     

microRNA与肿瘤发生、诊断及治疗

microRNA(miRNA)是一类近年来新发现的非编码小RNA分子,通常在转录后水平调控基因表达。成熟miR-NA通过与mRNA完全或不完全配对,降解靶mRNA或阻遏其转录后翻译。miRNA参与调控动植物生长发育等许多复杂的生命过程,最新有关研究表明:miRNA与肿瘤存在着紧密关联。本文就miRNA在肿瘤发生、诊断和治疗等方面的研究进展作一综述。     

ER~+和ER~-乳腺肿瘤细胞中mRNA和非编码RNA的表达模式

利用microarray分别获得MCF-7(雌激素受体阳性,ER?)和MDA-MB-231(雌激素受体阴性,ER?)两种乳腺肿瘤细胞的miRNA,lncRNA和mRNA表达谱.筛选差异表达的miRNA,预测其靶基因;对lncRNA和mRNA芯片数据进行生物信息学分析,对差异基因进行gene ontology(GO)和pathway(信号通路)分析.对差异表达的mRNA和miRNA的靶基因作交集,再与差异表达的lncRNA建立共表达关系,在mRNA-lncRNA共表达网络中导入miRNA-mRNA相互作用,借此获得关键miRNA-mRNA-lncRNA相互作用.结果发现雌激素受体表型不同的乳腺肿瘤细胞中mRNA和非编码RNA的表达有显著性差异.在差异表达的miRNA中,miR-19a-3p,miR-19b-3p等在MCF-7细胞中表达明显下调,miR-148b-3p等在MCF-7细胞中表达显著上调.差异表达miRNA的靶基因分析结果显示,miR-19a-3p和miR-19b-3p的靶基因为ESR1;在差异表达的lncRNA中,uc001vet.1(DLEU1,Fc=15.44),uc001ver.2(DLEU1,Fc=4.13)在MCF-7细胞中的表达明显增高.共表达分析表明,ESR1与uc001vet.1和uc001ver.2具有较高的共表达系数,而且miR-19a和miR-19b与DLEU1均在13号染色体上.推断miR-19a和miR-19b可能与DLEU1共同作用影响ESR1的表达.由此推断miRNA-mRNA-lncRNA相互作用影响不同雌激素表型乳腺癌肿瘤细胞的发生发展,雌激素受体可能受miRNA和lncRNA的共同调控作用.     

miRNA:除了抑制,它还有激活功能

早在1993年,美国科学家维克托·安博斯在线虫中发现了第一个miRNA(微小RNA,长度约21~23个核苷酸的内源性非编码单链RNA)。由于其研究的超前性,该结果并未得到广泛关注与认可,并与诺贝尔科学奖失之交臂。至今miRNA的研究已有20多个年头,其功能涉及参与肿瘤细胞的增殖、迁移与侵袭等种种生物学行为。因此,研究miRNA的调控机制对肿瘤临床诊断和治疗具有重要的理论意义和应用价值。传统意义上认为miRNA在细胞浆中通过结合靶基因3’UTR抑制翻译或降解m RNA进而发挥负向调控作用。然而,这很难解释许多位于细胞核内的miRNA的作用机制。近期的研究发现存在核内的miRNA通过结合增强子起到激活基因表达的作用,命名为NamiRNA(nuclear activating miRNA)。那么miRNA的细胞定位是否会影响miRNA的功能呢?定位于细胞核内的miRNA到底与胞浆中的miRNA有何不同呢?     

miRNA基因和编码基因启动子区核小体定位分析

研究了把基因启动子区的核小体定位对于分析基因的转录调控具有重要意义.利用核小体定位的预测技术——弯曲度谱,分析了编码基因和miRNA基因启动子周围核小体定位的特征.基因的转录起始位点处,有一个核小体缺失区域,且在下游约200bp处,有较强的核小体定位信号.独立转录的内含子miRNA基因与基因间区miRNA基因,在启动子区具有相似的核小体定位特征,在上游0～-400bp间,有一个较宽的核小体缺失区域,在该区域分布有较多的转录因子结合位点;而依赖编码基因转录的内含子miRNA基因,其启动子与蛋白编码基因启动子具有相似的核小体定位特征,在转录起始位点上游-200～-400bp和-400～-600bp处,各有一个较强的核小体定位.这些结果表明,独立转录的miRNA基因(包括基因间区miRNA和独立转录内含子miRNA)和蛋白编码基因,在启动子区可能具有不同的核小体定位特征.核小体定位不仅参与编码基因的转录调节,也影响miRNA基因的转录.     

基于靶基因比较microRNAs与HBV蛋白的作用模式

乙型肝炎病毒(hepatitis Bvirus,HBV)感染是当前严重威胁人类健康的病毒性疾病之一.近年来许多研究证实microRNA(miRNA)可以介导宿主与病毒之间的相互作用,阐明miRNA在HBV感染中的作用有助于新型治疗策略的提出.然而,miRNA的多靶点特性限制了其功能研究.为了研究miRNA对HBV的调节机制,本文在靶基因水平上比较了HBV相关miRNA和HBV蛋白的功能谱、采用半定量手段进行分析并从网络层面挖掘其潜在作用模式.结果表明,在靶基因上,miRNA功能较为集中,HBV蛋白的作用效应可能更为广泛;在网络拓扑结构上,miRNA主要通过直接作用于HBV蛋白的靶基因及其邻居节点达到其调节作用;在生理效应上,miRNA在凋亡、细胞周期以及体液免疫的调节上呈现出拮抗HBV蛋白效应的趋势.本研究不仅为miRNA的功能研究提供了一种良好的方法,而且miRNA在HBV感染中的作用模式有助于今后基于miRNA的乙肝治疗方案的提出.     

果蝇3个新的小分子非编码RNA的鉴定

通过比较基因组和分子生物学方法分析了果蝇属中5种果蝇全基因组内含子区域的保守序列, 获得了3个新的非编码RNA基因. 其中一个为具有典型的box C/D家族保守元件及结构特征的核仁小分子RNA基因, 其功能序列可介导28S rRNA的C2673位点的核糖甲基化修饰. 另外两个为miRNA基因, 其转录序列可形成典型的miRNA前体茎环结构; 在果蝇发育的4个时期均可表达产生长度为23个核苷酸的成熟RNA分子. 结果还表明, 在长度为100~500 bp区间的黑腹果蝇基因内含子中存在396个多物种保守序列(MCIS), 这些序列除编码小分子RNA外, 还可能与影响基因转录或转录后加工的顺式元件有关.     

microRNA对植物生长发育和病毒侵染的调控

microRNA (miRNA)是一类在真核生物中广泛存在的大小约22 nt的非编码小分子单链RNA, 它可以通过对靶标RNA的剪切或抑制靶标RNA的翻译调控靶标基因的表达. miRNA不仅参与了植物器官的形态建成, 还参与调控植物的信号转导系统等与生长发育相关的基因表达调控过程. 与植物抗病毒RNA沉默途径一样, miRNA途径也受到病毒沉默抑制子的干扰. 本文简述了miRNA介导的RNA调控途径和siRNA介导的RNA沉默路径的异同, 并对近几年miRNA在植物生长发育调控以及与病毒相互作用的研究进展进行了综述, 以求进一步理解真核生物基因表达调控的多层次性及复杂性.     

病毒微小RNA的发现及其功能

病毒微小RNA (microRNA, miRNA)是新发现的一类miRNA. 它通过诱导mRNA切割降解、翻译抑制或其他机制调节宿主细胞和/或病毒自身靶基因的表达, 改变宿主细胞的生命活动或病毒自身复制, 从而对抗和逃避宿主免疫监视, 达到保护病毒自身的目的. 寻找病毒miRNA分子、作用靶标基因, 以及鉴定其生物学功能已成为研究的新热点. 本文回顾了病毒miRNA的研究历史, 分析了它在基因组中分布特点、生物学功能、作用机制以及病毒miRNA与其他生物miRNA的异同点, 最后展望了病毒miRNA的研究方向和在疾病防治中的应用前景. 随着病毒miRNA的鉴定和功能的深入研究必将促进相关领域的发展, 尤其为病毒病的控制带来新的思路和方法.     

哺乳动物基因功能研究正引发国际生命科学和生物医药产业的新一轮竞争

人具有46条染色体,包含了约2.4万个编码不同蛋白质的基因以及大量miRNA和基因调控序列。这些基因蕴含的遗传信息不仅决定了人的体貌、代谢、寿命等生理特征,而且对疾病的发生发展具有重要作用。现代生物医学研究表明,基因突变和基因功能异常不仅可以直接导致肿瘤、心脏病等     

生物信息学研究揭示乳腺癌组织分化中可能的microRNA调控通路

microRNA (miRNA)被广泛报道能参与乳腺癌的病理发生发展过程. 但是, 在这些病理过程中, miRNA通过哪些信号通路来参与这些过程还不甚清楚. 例如, 在乳腺癌的组织学分级分化过程中, 人们对于miRNA如何与其靶标基因相互作用来调控乳腺癌的分化还知之甚少. 本研究通过计算的方法研究miRNA在乳腺癌组织学分级分化过程中的作用. 通过寻找miRNA靶标基因集合在基因芯片数据中乳腺癌Ⅰ级和Ⅲ级间显著差异表达, 鉴定了15个候选miRNAs, 其中9个关键的miRNAs通过调控差异表达的靶基因来参与6个重要的信号转导通路. 在这些通路中, TGF-β信号通路中一个主要的抑制分子SMAD7蛋白被预测为上面几个关键miRNAs的靶标基因. SMAD7既能被miRNA直接调控又能被miRNA调控的信号通路调控, 进而影响TGF-β信号通路在乳腺癌组织分化中的作用. 因此, 我们推测TGF-β信号通路作为一个核心通路在miRNA调控乳腺癌的组织分化过程中起重要作用. 预测靶标基因在乳腺癌Ⅰ级和Ⅲ级的分类性能在另外3个独立的乳腺癌数据集上得到进一步验证. 3个预测差异表达的关键miRNAs也通过实时荧光定量PCR在10个不同组织分级的乳腺癌病人样本中得到验证.     

非编码RNA: 比较近缘物种及寻找雄性功能基因

非编码RNA是近来发现的一类具有重要功能的基因. 本文针对“果蝇近缘物种间性腺特异ncRNA表达图谱存在显著差异”一文, 讨论其涉及的内容对ncRNA研究领域发展的意义. 该文采用比较基因组分析与基因间区RT-PCR相结合的简便而有效的非编码RNA检测手段, 在黑腹果蝇中鉴定出12个性腺特异性表达的非编码RNA基因, 并发现他们在黑腹果蝇及其近缘种间的表达存在差异. 这一结论一方面暗示了同一个非编码RNA基因在物种进化过程中演化出了各自的表达调控机制, 另一方面也为性别发育生物学和进化生物学研究提供了一个有价值的ncRNA基因的研究平台.     

EB病毒潜伏膜蛋白1介导c-Jun/Jun B异源二聚体对p16的调节

EB病毒编码的潜伏膜蛋白 1 (LMP1)是重要的致瘤蛋白, 可活化包括AP-1在内的多个转录因子. 转录因子功能性活化体现在其与靶基因启动子结合, 反式激活靶基因转录, 调节靶基因的表达, 从而发挥其生物学效应. 最近发现LMP1可介导c-Jun/Jun B活性异源二聚体的形成, 为寻找其靶基因提供了重要的依据. 采用生物信息学技术, 确定了c-Jun/Jun B活性异源二聚体调控的潜在靶基因p16; 在此基础上, 利用建立的Tet-on系统调控LMP1表达的细胞系, 采用间接免疫荧光法联合激光共聚焦荧光显微镜技术、Western blot方法、荧光素酶活性检测、Super-EMSA方法和流式细胞术, 探讨LMP1介导c-Jun/Jun B异源二聚体对p16的调节功能. 结果表明, LMP1介导的c-Jun/Jun B异源二聚体可下调p16启动子活性及其表达, 并影响细胞的演进. 该研究在AP-1信号传导通路和细胞周期之间建立了新的直接联系, 从而为肿瘤发病机制研究提供了新的思路和实验模式.     

生物信息方法预测高粱miRNA及其靶基因

miRNAs是新发现的一类长约21个碱基对的非编码RNAs. 它们在转录后基因调控中起着重要作用. 它们的靶目标涉及许多生物进程, 如发育、新陈代谢、胁迫应答等. 尽管已经有大量物种的miRNAs报道, 然而关于高粱miRNAs的相关报道却十分有限. 本研究通过基于基因组勘测序列(GSS)的同源序列搜索和miRNAs的二级结构分析, 总共发现17条新的miRNAs. 它们不均等的分布于11个miRNAs家族中. 一些miRNAs的基因存在多位点并且不仅仅存在于单一基因位点上. 大多数miRNAs存在同一生物界的保守性, 但是我们发现, 高粱sbi-miR127和sbi-miR466分别表现出与人类(H. sapiens)和家鼠(M. musculus)具有高度序列相似性. 通过靶基因预测软件MiRU对miRNAs的分析表明, 它们可能调节64种靶基因, 其中多数涉及RNA加工、新陈代谢、细胞周期、蛋白质降解、胁迫应答及转录. 在11个miRNAs家族中至少有7个miRNAs的靶目标是NADPH-细胞色素p450还原酶、核苷二磷酸激酶、超氧化物歧化酶等一些在新陈代谢和胁迫应答中必要的蛋白, 说明miRNAs在这些过程中起着十分重要的作用.     

恶病质因子及其生物学效应

恶病质因子是诱发脓毒性休克和恶病质的内源性介质,其编码基因与人类肿瘤坏死因子的编码基因同源。     

肝癌相关的肿瘤抗原及其编码基因的筛选与分析

筛选和鉴定肝癌相关的肿瘤抗原是开展肝癌特异性免疫治疗的前提和关键. 采用SEREX方法, 用含有抗体的肝癌患者血清筛选肝癌cDNA表达文库, 对所获得的阳性克隆进行序列测定和生物信息学分析. 获得31个肝癌相关的肿瘤抗原编码基因, 其中1个为未知基因. 30个已知基因所编码的蛋白按功能可归为8类: 肝细胞固有分子, RNA转录、剪切相关分子, 蛋白质代谢相关分子, 能量合成相关分子, 信号转导分子, 细胞黏附相关分子, 免疫抑制相关分子和未知功能蛋白分子, 其中包括1个CT抗原CAGE. 研究表明, 肝癌相关的肿瘤抗原编码基因的筛选和鉴定, 为肝癌的特异性免疫治疗提供了可能靶位, 并有助于肝癌的临床诊断及肝癌发生机制的理解.