miRNA的特征及研究進(jìn)展概述(2),生物化學(xué)論文

miRNA的特征及研究進(jìn)展概述(2),生物化學(xué)論文1.4miRNA的功能miRNA通常位于基因間隔區(qū)，但也有部分存在于遺傳編碼基因的內(nèi)含子中[11].它雖僅占人類基因總數(shù)的2%,卻調(diào)控著人類基因組中30%以上的基因，是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心成分[12].miRNA在生物體內(nèi)廣泛存在，對包括生物體的細(xì)胞增殖、分化、凋亡和生物體個體的發(fā)育以及疾病的產(chǎn)生、進(jìn)展及預(yù)后等生命活動均發(fā)揮著廣泛的生物學(xué)調(diào)控作用，故而對其進(jìn)行深切進(jìn)入研究具有非常重要的意義[13-14].當(dāng)今，miRNA已成為腫瘤研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。Calin等[15]于2002年最先報(bào)道了miRNA在腫瘤發(fā)生中的作用。隨著研究的不斷深切進(jìn)入，人們發(fā)現(xiàn)基因組的不穩(wěn)定性是腫瘤的常見特征之一，約50%的miRNA基因位于與腫瘤相關(guān)的染色體的脆性位點(diǎn)上，而且不同類型的腫瘤具有明顯不同的miRNA表示出譜[16].miRNA具有類似癌基因或抑癌基因的功能，表現(xiàn)為癌基因的活化或抑癌基因的失活，如Let-7、miR-15、miR-16、miR-34a/b/c、miR-124、miR-143、miR-145、miR-122a等在多種腫瘤中相繼被證實(shí)發(fā)揮類似抑癌基因的作用[17-22],而miR-21、miR-10b、miR-221和miR-222等在多種腫瘤中扮演著類似癌基因的角色[23-26].1.5miRNA的靶基因預(yù)測由于miRNA的功能與其所調(diào)控的靶基因密切相關(guān)，所以研究miRNA的功能必將牽涉對miRNA靶基因的鑒定。但是，miRNA對靶基因的調(diào)節(jié)通常并不是逐一對應(yīng)的，大多數(shù)情況下，一個miRNA同時對多個靶基因發(fā)揮調(diào)控作用，而一個基因也同時被多個miRNA所調(diào)控；況且生物體具有非常復(fù)雜的內(nèi)在機(jī)制，miRNA的表示出調(diào)控并不是孤立存在的，miRNA對基因的調(diào)節(jié)存在著多種調(diào)控機(jī)制和作用形式，所以，鑒定miRNA靶基因既是這一研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，也是該研究領(lǐng)域的難點(diǎn)。生物信息學(xué)的飛速發(fā)展使科學(xué)家們能夠使用特殊的軟件和數(shù)據(jù)庫來預(yù)測miRNA的靶基因[27].生物信息學(xué)方式方法主要是基于miRNA和靶基因間的互相作用具有一定的規(guī)律性，通過建立計(jì)算模型，整合已有的生物學(xué)數(shù)據(jù)，應(yīng)用某種算法或程序來預(yù)測miRNA的靶基因。當(dāng)前常規(guī)的算法和程序一般遵循以下幾條規(guī)律：①miRNA靶位點(diǎn)在不同物種之間具有保守性；②miRNA與靶基因之間具有互補(bǔ)性；③miRNA與信使RNA互相之間具有熱穩(wěn)定性；④miRNA5端的結(jié)合能力比3端的結(jié)合能力強(qiáng)[28].除了以上這些基本規(guī)則外，不同的算法和程序還會根據(jù)各自總結(jié)的規(guī)律進(jìn)行改良和優(yōu)化。生物信息學(xué)預(yù)測方式方法的應(yīng)用前景廣闊，使尋找miRNA靶基因有律可循，但是這種方式方法得出的結(jié)果假陽性率很高；并且運(yùn)用生物信息學(xué)預(yù)測的miRNA與信使RNA互相作用只是一種理論上的結(jié)合，在不同條件下，miRNA究竟以何種作用形式以及水平存在并不能通過生物信息學(xué)預(yù)測。常用的miRNA靶基因預(yù)測網(wǎng)站主要包括，①TargetScan:科學(xué)家在2003年開發(fā)的一款用于預(yù)測哺乳動物miRNA靶基因的軟件，它主要是基于miRNA與信使RNA的堿基互補(bǔ)配對原則，利用miRNA構(gòu)造序列上的保守性和信使RNA與miRNA互相之間的熱力學(xué)穩(wěn)定性，來預(yù)測miRNA靶目的，它為人們提供網(wǎng)絡(luò)實(shí)時服務(wù)，是當(dāng)前使用頻率最高的miRNA靶基因預(yù)測軟件；②miRbase:該軟件能夠通過名稱、本文關(guān)鍵詞語或序列等方式進(jìn)行檢索，并可通過鏈接查詢有關(guān)該miRNA的主要文獻(xiàn)，對miRNA進(jìn)行基因組背景分析及靶標(biāo)預(yù)測等；③miRanda:是第一個利用生物信息學(xué)對miRNA靶基因進(jìn)行預(yù)測的軟件，于2003年開發(fā)設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍廣，但假陽性率較高；④PicTar:是研究人員通過特定的計(jì)算法則來預(yù)測脊椎動物、線蟲、果蠅和人類的非保守但共表示出的miRNA的靶基因，并通過實(shí)驗(yàn)方式方法進(jìn)行驗(yàn)證。1.6miRNA的靶基因驗(yàn)證固然運(yùn)用生物信息學(xué)的方式方法能夠?yàn)檠芯咳藛T提供大量的信息，且相對簡單、快速，但是，它只是通過理論上的某種計(jì)算為研究人員提供某些參考信息，存在一定的局限性和可靠性，還需要通過生物實(shí)驗(yàn)方式方法進(jìn)行驗(yàn)證。最直接的驗(yàn)證方式方法是，運(yùn)用熒光定量聚合酶鏈反響及蛋白質(zhì)印跡法檢測轉(zhuǎn)染miRNA后的細(xì)胞〔組織〕中信使RNA水平及蛋白水平，進(jìn)而明確miRNA與靶基因的對應(yīng)關(guān)系。近年來發(fā)展快速的熒光素酶報(bào)告基因法由于其快速、靈敏度高以及檢測范圍廣，能夠直接驗(yàn)證miRNA的靶位點(diǎn)。1.7miRNA的檢測當(dāng)前已有多種方式方法檢測miRNA,包括基因克隆、Northernblotting、原位雜交、反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反響、微陣列芯片及高通量測序等技術(shù)。當(dāng)前，大多數(shù)miRNA是通過反轉(zhuǎn)錄克隆辨別和鑒定出來的，這是人們發(fā)現(xiàn)miRNA的一個重要方式方法；Northernblotting是最為經(jīng)典的檢測RNA的手段，也是當(dāng)前檢測miRNA表示出水平的最主要方式方法，所有通過克隆和生物信息學(xué)分析得來的miRNA都應(yīng)該經(jīng)過Northernblotting來驗(yàn)證和鑒定；原位雜交是了解miRNA時間和組織特異性表示出最常用的方式方法；反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反響是一種能夠定量分析miRNA表示出水平的方式，可以用于驗(yàn)證生物學(xué)預(yù)測的miRNA;芯片技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了在全基因組水平鑒定成熟miRNA的表示出，分析同一細(xì)胞中不同的miRNA的差異性表示出以及比擬不同組織或細(xì)胞中miRNAs表示出譜的差異，成為高通量檢測的最佳選擇；高通量測序能夠在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的小分子RNA,成功地檢測到了基因芯片未發(fā)現(xiàn)的miRNA[29].2miRNA的應(yīng)用由于miRNA在生命活動中表現(xiàn)出來的廣泛調(diào)節(jié)功能以及對基因表示出、生長發(fā)育和疾病發(fā)生、發(fā)展等的復(fù)雜效應(yīng)，miRNA自被發(fā)現(xiàn)以來即成為生命科學(xué)的研究熱門。生命科學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入后基因組時代，利用miRNA從分子水平來說明生物體的生命活動經(jīng)過，闡述物種的起源和生物的演化，來揭示生命的奧秘?；虮硎境鼍哂袝r間和空間的特異性，不同物種、組織、細(xì)胞，在不同生理、病理狀態(tài)下miRNA的表示出情況不同，它們可能會成為用于診斷和〔或〕區(qū)分健康與疾病狀態(tài)的潛在生物標(biāo)志物[30].當(dāng)前，miRNA已經(jīng)作為多種疾病的生物標(biāo)志物[31-33].除此之外，理論上，通過改變miRNA的空間構(gòu)造，能夠發(fā)現(xiàn)潛在的藥物作用靶點(diǎn)；抑或采用miRNA模擬物、miRNA沖動劑、miRNA抑制物以增加或降低病變組織或細(xì)胞的miRNA水平，進(jìn)而下調(diào)或上調(diào)特異性靶蛋白的表示出，開展基于miRNA的分子靶向治療及個體化治療方案[34].3小結(jié)在過去的研究中，人們已經(jīng)了解了很多關(guān)于miRNA的特性及功能的知識，但對miRNA具有的所有特性和功能還缺乏全面的研究；而miRNA在生物體整體分子網(wǎng)絡(luò)中扮演的角色的研究才剛剛開場。在將來的研究中，人們將會運(yùn)用系統(tǒng)生物學(xué)方式方法來研究miRNA介入控制生物體的生長發(fā)育以及生物體在不同狀態(tài)下的表示出水平，對生物體的生命機(jī)制進(jìn)行全面而系統(tǒng)地分析。相信隨著研究的不斷深切進(jìn)入，這些研究成果必將會造福于人類。以下為參考文獻(xiàn)[1]LeeRC,FeinbaumRL,AmbrosV.TheC.elegansheterochronicgenelin-4encodessmallRNAswithantisensecomplementaritytolin-14[J].Cell,1993,75〔5〕:843-854.[2]ReinhartBJ,SlackFJ,BassonM,etal.The21-nucleotidelet-7RNAregulatesdevelopmentaltiminginCaenorhabditiselegans[J].Nature,2000,403〔6772〕:901-906.[3]Lagos-QuintanaM,RauhutR,LendeckelW,etal.IdentificationofnovelgenescodingforsmallexpressedRNAs[J].Science,2001,294〔5543〕:853-858.[4]Griffiths-JonesS,HuiJH,MarcoA,etal.MicroRNAevolutionbyarmswitching[J].EMBORep,2018,12〔2〕:172-177.[5]YangJS,PhillipsMD,BetelD,etal.WidespreadregulatoryactivityofvertebratemicroRNA*species[J].RNA,2018,17〔2〕:312-326.[6]BrameierM.Genome-widecomparativeanalysisofmicroRNAsinthreenon-humanprimates[J].BMCResNotes,2018,3:64.[7]SonntagKC,WooTU,KrichevskyAM.ConvergingmiRNAfunctionsindiversebraindisorders:acasef