miRNAlncRNAcircRNA的基礎知識詳解

1、讀書破萬卷 下筆如有神miRNA IncRNA、circRNA的基礎知識詳解miRNA1、背景介紹小分子DNA(miRNA謔一類存在于動植物體內、大小為21 25 nt的內源性非編碼單鏈小分子RNA對生物體轉錄后的基因表達調控起關鍵作用。1993年，首次在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)miRNAzBt_4; 7年后，在果蠅中發(fā)現(xiàn)第 2個IIliRNA 如t一 7。在進化中的保守性分析使科學家驚異地發(fā)現(xiàn)miRNA如卜7的形成至少需要有 DmshaDGCR8(Pasha)、Dicer等2種RNAB (RNaseHI)的參與。Dmsha, DGCR庭位于細胞核內，它能剪 切miRNA前體轉錄物(研一 miRNA

2、),從而釋放出具有發(fā)夾結構、大小為70 nt左右的pre miRNA,后者在轉運受體 Exportin - 5(Exp5)的作用下被轉運至細胞質，然后被胞質中的另一種RNase田蛋白Dicer剪切，最終被船工成成熟的miRNA動物的miRNA位于前體mRNA勺內含子中，這種安排將使 mRNAi因和內含子中 miRNA共同轉錄。 近年來，發(fā)現(xiàn)和鑒定的 miRNAs越來越多，但植物miRNAs僅占很小一部分，且主要集中于擬南芥 和水稻等少數(shù)模式植物中，植物miRNA的靶基因大多編碼轉錄因子，與植物的生長、發(fā)育密切相關；而在動物和人中發(fā)現(xiàn)大量miR NA,已證實在動物的生長、發(fā)育和疾病發(fā)生等過程中起

3、重要作用。2、miRNA的生物功能真核生物miRNA在調節(jié)植物對環(huán)境脅迫如干旱、鹽害和養(yǎng)分的脅迫反應等方面起著重要的作用。成熟的miRNA先與一種稱為 RNA誘導沉默復合體 (RNA indlIced silencing complex , R1SC)的復合物 結合，再特異性地與目標 mRNA吉合，引起靶 mRNA勺降解。由于植物 miRNA與其靶mRN眼有很 高的堿基互補性，因而植物miRNA的作用方式可能更像小分子 RNA干涉(smallinte 如而ng RNA siRNA).與植物相反，在動物細胞中大多數(shù) miRNA與其靶mRNA不完全互補，miRNA則通過與對 應mRNA勺3端非翻譯

4、區(qū)(3'UTR)結合阻止轉錄后的翻譯，從而起到調節(jié)基因表達的作用。在人類miRNA的研究中，Calin等發(fā)現(xiàn)約有50%的miRNAs基因位于與腫瘤相關的染色體區(qū)域內， 如染色體發(fā)生雜合性缺失的區(qū)域、發(fā)生重排和擴增及斷裂點的區(qū)域等，提示miRNA基因的表達可能與腫瘤發(fā)生相關。此外，已有研究表明，miRNA對細胞的增殖、分化、凋亡和癌癥發(fā)生有重要的調控作用，其在正常組織和腫瘤組織中的表達有著顯著差異，有些miRNA會在腫瘤組織中有低表達，有些則在腫瘤組織中有高表達，這說明miRNA在腫瘤發(fā)生過程中起了至關重要的作用。原核生物miRNA除了在多細胞生物中發(fā)揮重要的調節(jié)作用外，還廣泛存在于單細

5、胞生物中。單細胞生物 中的miRNA都可在體內和體外對靶標mRNM行切割，這與植物中發(fā)現(xiàn)的miRNA一致，但與多細胞生物中的 miRNA具有顯著差異，這提示miRNA通路形成于這兩條進化支系分一些病毒也編碼大是獨立進化而來近年來的研究表明，miRNA而且單細胞生物中的離之前，讀書破萬卷下筆如有神量的miRNAs,它們在病毒的復制和感染過程中發(fā)揮著至關重要的作用。3、miRNA的預測與鑒定自從第一個 miRNA發(fā)現(xiàn)以來，已經冉現(xiàn)了多種鑒定、預測、分析miRNA的方法，這些方法各有優(yōu)缺點，主要有以下幾種方法。(1) cDNA文庫法該方法是首先從細胞組織中提取總RNA用聚丙烯酰胺凝膠進行電泳，回收大

6、小為 2025個核甘酸的RNA分子，利用T4連接酶，直接將人工合成的 3'和5'接頭連接到 RNA上，經PCR反轉錄 擴增這些序列，建立 miRNAs的cDNA文庫，進行克隆、測序，然后用生物信息學軟件定位其在基 因組中的位置，并驗證是否具有發(fā)夾結構的前體和該發(fā)夾結構在其它物種中的保守性，最后將具有發(fā)夾結構的小分子 RNA進彳f Northem雜交等來檢測其表達情況，將符合 miRNA標準的小分子 RNA鑒定為新的 miRNA(2)生物信息學分析由于大部分成熟的 miRNAs序列是高度保守的，所以可以通過表達序列標簽(EsT)和基因組序列(CSS)的生物信息學比對，來搜索或預測

7、在其他生物中的未知miRNAs,再由據(jù)miRNAs與靶基因mRNA院全或部分互補的特性預測其靶基因。lncRNA1、背景介紹長鏈非編碼 RNA(long non-coding RNA lncRNA)是指長度大于 200個核甘酸的不參與蛋白質 編碼過程的DNA轉錄產物。近年來，這類lncRNA在表觀遺傳、轉錄及轉錄后水平上調控基因表 達方面的研究比較廣泛，已獲得較為深刻的認知。最近人們認識到lncRNA在許多的生理、病理途徑中發(fā)揮著一定的作用，比如干細胞全能性、神經生長分化與腫瘤發(fā)生等。2、生物功能LncRNA起初被認為是沒有功能的轉錄垃圾。在經過大量研究論證后，大多數(shù)的lncRNA被確定是轉錄

8、和翻譯過程中的關鍵調控因子，在細胞正常功能發(fā)揮中有著重要的影響。比如染色質重塑、轉錄及轉錄后調控、細胞內物質運輸、細胞核亞結構形成、干細胞多能性、體細胞重編 程、發(fā)育調控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時，lncRNA通過不同的作用途徑及方式實現(xiàn)基因表達的調控。包括順式調節(jié)與反式調節(jié)方式。另外， lncRNA可以借助蛋白質與 microRNA網絡 這兩種不同途徑來發(fā)揮具體的作用。3、預測基于RNA-Seq的lncRNA預測流程4、IncRNA 與表觀遺傳的關系染色質是細胞核的主要組分，由DNA和蛋白質組成。 染色質在DNA的包裝、復制和基因表達中DNA發(fā)揮著重要的作用。一般認為，表觀遺傳控制機制是

9、在染色質水平的調節(jié)，是的序列不發(fā)生改變， 而基因表達卻發(fā)生變化的遺傳機制，表現(xiàn)在兩代不同個體擁有相同的基的共價修DNA序列但卻發(fā)生了可遺傳的變異。目前關于其調控機制的研究集中在DNA因組.讀書破萬卷下筆如有神飾(如甲基化)、組蛋白修飾、染色質重塑、非編碼 RNA等。5、其他相關探究蛋白質和IncRNA的互作IncRNA研究的新思路IncRNA研究利器之嗚飛?員：一個探索癌癥中IncRNA功能的交互式開放平臺IncRNA常用的研究策略，你造嗎？circRNA1、背景介紹環(huán)狀RNA(Circular RNA circRNA )是一類具有閉合環(huán)狀結構的內源性非編碼RNA(noncodingRNA n

10、cRNA),主要由前體 RNA( pre-mRNA)通過可變剪切加工產生，circRNA廣泛存在于所有真核生物中，并且非常穩(wěn)定。目前， circRNA的研究已經成為了 RNA研究領域 的新熱點，研究發(fā)現(xiàn) circRNA在轉錄本中占有相當大的比例，有的表達豐度甚至顯著高于其他 轉錄本。同時，circRNA對基因的表達有重要調控作用，在生物的發(fā)育進程中發(fā)揮了重要的生物學功能， 如充當miRNA海綿、作為內源性 RNA以及生物標記物，在疾病的診斷與治療中也發(fā)揮重要作用。 研究發(fā)現(xiàn)circRNA在一些疾病的發(fā)生中扮演了重要角色，包括動脈硬化、神經系統(tǒng)紊亂、糖尿 病和癌癥的發(fā)生。2、環(huán)狀RNA的特征目前

11、已鑒定的circRNA主要有以下特征：circRNA 存在于多種真核生物中，在同種生物的不同組織中也廣泛存在。它們在人體細胞中廣泛表達，有些circRNA的表達水平甚至超過其線性異構體10倍之多。多數(shù)具有高度保守序列，僅少數(shù)在進化上不保守；大多數(shù)定位于細胞質中，少數(shù)定位于細胞核內；多由一個或多個外顯子形成，少數(shù)來源于內含子或內含子片段；大部分是非編碼 RNA (noncodingRNA ncRNA)；circRNA呈閉合環(huán)狀結構，不具有像線性RNA的5'和3'游離末端，不易被RNA核糖核酸酶R (Ribonuclease R, RNase R)分解，與線性RNA相比更穩(wěn)定。環(huán)R

12、 RNA的半衰期一般超過 48 h, 可利用 RNase R消化其他 RNA 提純circRNA。因此 RNase R的處理對 circRNA起富集作用，并成為判定RNA是否成環(huán)的一個重要條件。部分 circRNA 擁有 miRNA應答元件(miRNA response element , MRE, 具有 miRNAsponge功能，與miRNA相互作用，調控靶基因的表達；大多數(shù)circRNA能在轉錄或轉錄后水平發(fā)揮調控作用，少數(shù)能在轉錄水平發(fā)揮作用。環(huán)狀RNA(circular RNA circRNA )呈閉合環(huán)狀，是一類不具有 5 末端帽子和 3末端尾巴的特殊內源性非編碼 RNA主要由外顯

13、子轉錄產物組成，是目前RNA研究領域的新熱點。circRNA 普遍存在于人、鼠、線蟲、皺猴、果蠅、槍棘魚等各類動物體內circRNA 表達量至 倍。10研究發(fā)現(xiàn)circRNA在轉錄本中實際上所占比例相當大，一些基因的 少是其線性轉錄本的.讀書破萬卷下筆如有神3、預測和分析漫tB circRNA如何做circRNA的表達和功能驗證？circRNA分析工具集-CIRCexplorer 介紹4、研究熱點circRNA 的研究還剛剛興起，但其重要性引起了國際上學者的高度重視，并逐漸揭開circRNA的面紗。circRNA的廣泛性，保守性及組織特異性等特質，都預示著它可能成為一種新型的生物標志物。cir

14、cRNA 參與了生物的生長發(fā)育、衰老、疾病等多種生命活動過程，在轉錄后水平具有調控基因表達的重要功能。對circRNA 進行研究具有重要意義：circRNA 獨具的競爭性內源(ceRNA)特征可為藥物開發(fā)提供新的思路；circRNA的組織特異性和穩(wěn)定性有可能使circRNA成為一種良好的生物標志物；circRNA的研究為生命的進化提供新的研究方向。目前在畜禽上關于circRNA鑒定及功能研究報道寥寥無幾。circRNA 的世界仍有許多未知等待我們去探索。隨著分子生物學技術的不斷進步，相信在未來 幾年，會有大量的 circRNA及其功能在疾病、動植物中的表達與生物學作用被研究者發(fā)現(xiàn)。piRNA1

15、、背景介紹piRNA(PIWI-interacting RNA)是一類可在生殖細胞中大量表達，并與 PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA( non-coding RNA,ncRNA),通過沉默轉座元件和調控編碼mRNAt持動物基因組穩(wěn)定，在生殖細胞發(fā)育分化過程中發(fā)揮重要作用同時，piRNA的異常表達與腫瘤的關系密切。本文對piRNAs的發(fā)生通路、調控方式、生物學功能及其在癌癥中的研究進展進行論述，為精準醫(yī)療的 發(fā)展及動物雜交后代雄性不育的研究提供新的視角。Aravin 等利用 MILI(PIWI2) 睪丸中分離出核糖核酸，并利用 和純化，克隆測序發(fā)現(xiàn)了長度在 類小RNA長度在1826 ntRN

16、A和5' 端尿喀咤親和 RNA2、發(fā)現(xiàn)C57BL/6J 小鼠核糖核蛋白復合體免疫共沉淀技術在三月齡雄性MILI pep N2的抗體進行親2628nt和30nt左右的小 RNA進一步序列分析發(fā)現(xiàn)這一和2433 nt 之間，其中大部分為 MILI interacting基因組聚類分析表明絕大部分MILI interacting RNA序列來自基因同一區(qū)域，由于與這些小RNA作用的Mili 蛋白屬于PIWI(P-element inducedwimpy testis) 蛋白家族成員，故將該小RNA類群命名為 PIWI-interacting RNA 即piRNA3、piRNA的生成途徑研究表明，包括小鼠、果蠅在內大多數(shù)動物的piRNA都具有初級合