microrna與癌相關(guān)研究進(jìn)展

microrna與癌相關(guān)研究進(jìn)展

腫瘤是由細(xì)胞無控制區(qū)域傳播的，損傷細(xì)胞不能正常死亡。細(xì)胞有幾種保護(hù)措施,保證在發(fā)育過程中和成體中的細(xì)胞通過一種協(xié)調(diào)的機(jī)制,進(jìn)行正常的分裂、分化和死亡。多種調(diào)控因子通過基因表達(dá)的開關(guān),調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂和分化。在腫瘤,被稱為腫瘤抑制基因和癌基因表達(dá)失調(diào)。大多數(shù)腫瘤抑制基因和癌基因都是從DNA轉(zhuǎn)錄成RNA,然后翻譯成蛋白質(zhì),行使其生物學(xué)功能。然而,最近的調(diào)查結(jié)果表明,致癌過程與一些微小RNA(miRNAs)表達(dá)的變化相關(guān),這表明其中一些miRNAs起腫瘤抑制基因和癌基因的作用。MiRNA是一類內(nèi)源性、保守的小的調(diào)節(jié)RNA分子,長(zhǎng)度為19～23個(gè)核苷酸。廣泛存在于真核生物中,通過堿基配對(duì)的方式作用于相應(yīng)靶mRNA,導(dǎo)致靶mRNA降解或轉(zhuǎn)錄后翻譯受抑。Lee等首先于1993年在C.elegans發(fā)現(xiàn)miRNA這一家族的第一個(gè)成員lin-4。lin-4通過堿基配對(duì)的方式結(jié)合到靶基因lin-4的mRNA的3′末端非翻譯區(qū)(3′UTR),抑制lin-4的翻譯。2000年Reinhart等發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)類似的具有轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)功能的小分子RNA:let-7。目前隨著對(duì)miRNA研究的深入,發(fā)現(xiàn)它們具有調(diào)節(jié)多種細(xì)胞進(jìn)程包括凋亡、分化和細(xì)胞增殖的功能。這些效應(yīng)通過調(diào)控信號(hào)分子(如細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)錄因子、促凋亡和抗凋亡基因)的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)。迄今為止,在人類中已鑒別出超過500種microRNA。人們推測(cè),在人類基因組中應(yīng)有超過1000種microRNA。這些microRNA可以調(diào)節(jié)人類基因組中30%的蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá),在基因調(diào)節(jié)中具有不可替代的作用。MiRNA基因以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中,且絕大部分定位于基因間隔區(qū)。其轉(zhuǎn)錄獨(dú)立于其他基因,并不翻譯成蛋白質(zhì)。MiRNA在形成成熟miRNA的過程會(huì)發(fā)生突變或其靶基因變異,從而引起單核甘酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)。SNP是人類基因組變異最常見的一種DNA序列變化形式,大約每1200個(gè)堿基對(duì)(bps)就有一個(gè)是變異的,反映了個(gè)體表型、疾病易感性和對(duì)藥物、環(huán)境因子反應(yīng)的差異。腫瘤是一種多基因遺傳病,除涉及外界環(huán)境因素的作用外,還涉及多個(gè)遺傳易感基因的作用。化學(xué)藥物療法是治療惡性腫瘤的主要手段之一。對(duì)于化學(xué)治療(化療)藥物原發(fā)性和繼發(fā)性地耐受是大多數(shù)腫瘤化療失敗的主要原因。從目前的研究成果來看,腫瘤耐藥異常復(fù)雜,是多基因、多步驟綜合作用的結(jié)果?，F(xiàn)將miRNASNP的產(chǎn)生與腫瘤及耐藥的關(guān)系等綜述如下。1總結(jié)1.1通過轉(zhuǎn)色劑生產(chǎn)naMiRNA的生物合成分別在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行,RNApolymeraseⅡ首先從miRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄出初級(jí)轉(zhuǎn)錄本(pri-miRNA),接著由屬于RNaseⅢ家族的Drosha將pri-miRNA剪切成長(zhǎng)度約為80bps的發(fā)卡狀結(jié)構(gòu)的miRNA前體(pre-miRNA),并由Exportin-5/Ran-GTP轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿,最后在胞漿由RNaseⅢ家族的另一成員Dicer將pre-miRNA加工成長(zhǎng)度約為22個(gè)堿基的雙鏈RNA。雙鏈中的一條則與含Argonautes的RNA沉默復(fù)合物(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)形成RISC-miRNA復(fù)合物,然后結(jié)合到靶基因mRNA的3′UTR,從而調(diào)控靶標(biāo)基因的表達(dá)。1.2mirna調(diào)控機(jī)制MiRNA生理功能的研究主要集中在尋找新的miRNA及其靶基因。MiRNA對(duì)靶基因的調(diào)控主要通過與mRNA的3′UTRs堿基互補(bǔ)配對(duì)來實(shí)現(xiàn),具體的方式則取決于匹配的程度。目前認(rèn)為miRNA一般采用兩種機(jī)制調(diào)控基因的表達(dá)。其中一種機(jī)制類似RNA干擾(RNAi)中的siRNA,即當(dāng)miRNA序列與靶基因mRNA的3′UTR或編碼區(qū)域完全匹配時(shí),miRNA促使靶基因的mRNA發(fā)生降解,這一機(jī)制在植物中比較普遍,但在哺乳動(dòng)物中也有少量發(fā)現(xiàn)。另一作用機(jī)制是miRNA不影響靶基因mRNA的穩(wěn)定性,但通過與靶基因3′UTR的不完全匹配結(jié)合,影響靶基因mRNA的翻譯,這在哺乳動(dòng)物中較常見,但在植物中也有發(fā)現(xiàn)。MiRNA還可能通過將mRNA從胞漿中轉(zhuǎn)移至P-body,從而調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)水平。MiRNAs是一種廣泛存在的對(duì)基因進(jìn)行微調(diào)的分子,約占人類基因組的1%,不同的miRNAs對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)具有不同的調(diào)控作用,相同的miRNAs對(duì)不同細(xì)胞株的調(diào)控作用亦不同。MiRNA通過調(diào)控靶基因的表達(dá),對(duì)生物體發(fā)育、分化、增殖、凋亡、免疫調(diào)控等生理活動(dòng)以及惡性腫瘤等疾病的發(fā)生進(jìn)行精確調(diào)控。如miR-181參與B細(xì)胞的分化;miR-223參與粒細(xì)胞的分化;miR-17-92表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞的增殖;miR215和miR216在調(diào)控抗凋亡基因B細(xì)胞淋巴瘤/白血病2(Bcelllymphoma/leukemia2,Bcl2)水平上起重要作用;而且同一miRNA可以調(diào)控多個(gè)mRNA分子,不同的miRNA分子也可以協(xié)同調(diào)控同一mRNA分子。根據(jù)預(yù)測(cè),人類細(xì)胞中約1/3的蛋白編碼基因受miRNA的調(diào)控。因此,miRNA與它們的靶標(biāo)分子組成了一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),控制細(xì)胞及個(gè)體的重要生命活動(dòng)。MiRNA在物種間具有較高的保守性、時(shí)序性和組織特異性,提示miRNA可能參與決定細(xì)胞和組織的功能特異性。1.3mirnas靶點(diǎn)snps的存在狀況SNP是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性,即指基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種以上不同的堿基,其中最少一種在群體中的頻率>1%。它是人類可遺傳的變異中最常見的一種,占所有已知多態(tài)性的90%以上。在人類基因組中發(fā)生頻率約為1/100～1/1000,推測(cè)SNP的數(shù)量達(dá)到300萬～3000萬。具有數(shù)量多,分布廣泛;適于快速、規(guī)?；Y查;突變率低,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。被稱為繼限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性和微衛(wèi)星重復(fù)序列之后的“第3代遺傳分子標(biāo)志”。存在于pri-miRNAs,pre-miRNA或成熟miRNAs基因序列中的SNP能夠潛在地影響miRNAs調(diào)節(jié)細(xì)胞功能網(wǎng)絡(luò)。最近幾個(gè)研究組對(duì)人miRNAs基因及其靶位點(diǎn)的生物信息學(xué)分析或?qū)嶒?yàn),驗(yàn)證了SNPs的存在,在6%～10%的pre-miRNA中存在SNPs,但成熟型的miRNAs幾乎沒有SNPs。MiR-125a是一個(gè)特例,在成熟型miR-125a的第8位核苷酸上存在一個(gè)SNP位點(diǎn),有一個(gè)G/U的突變,這個(gè)位點(diǎn)的突變不僅減弱了對(duì)靶基因翻譯的抑制,而且能夠明顯地干擾pri-miRNA到pre-miRNA的加工過程。MiRNA的多態(tài)性如同一把雙刃劍。通過增加或破壞靶標(biāo)mRNA中的miRNAs結(jié)合位點(diǎn),導(dǎo)致miRNA功能的獲得或缺失。在人類中突變產(chǎn)生了大約2500個(gè)潛在的miRNAs結(jié)合位點(diǎn),也破壞了大約2500個(gè)miRNAs結(jié)合位點(diǎn)。哺乳動(dòng)物進(jìn)化過程中,在實(shí)驗(yàn)證明或預(yù)測(cè)的miRNAs靶位點(diǎn)中,大約存在400個(gè)高度保守的SNPs,其中已經(jīng)證實(shí)的143個(gè)人miRNAs靶基因中的9個(gè)共含有12個(gè)SNPs。對(duì)腫瘤和正常組織的表達(dá)序列標(biāo)簽(expressedsequencetag,EST)數(shù)據(jù)庫(kù)和單核苷酸多態(tài)性數(shù)據(jù)庫(kù)(singlenucleotidepolymorphismsdatabase,dbSNP)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行miRNAs靶點(diǎn)SNPs分析后發(fā)現(xiàn),癌癥組織中有12個(gè)miRNAs的靶點(diǎn)SNPs呈現(xiàn)顯著的異常等位基因。因此,存在于miRNAs靶點(diǎn)的SNPs不但影響miRNA靶分子的表達(dá)和功能,并且可能與癌癥相關(guān)。人類雌激素受體α(estrogenreceptorα,ERα)的3′UTR區(qū)域存在一個(gè)SNP位點(diǎn),為miR-206的種子互補(bǔ)區(qū)域,由C→T的突變能夠增強(qiáng)miR-206對(duì)其靶點(diǎn)的抑制效果。這些結(jié)果表明,miRNA基因或靶點(diǎn)及其鄰近靶點(diǎn)區(qū)域的突變對(duì)miRNA的生物合成和靶點(diǎn)選擇及抑制效應(yīng)具有重要的意義。2mir-133a和snp的關(guān)系MiRNA的單核甘酸多態(tài)性與不同類型的癌癥有關(guān)。對(duì)慢性淋巴細(xì)胞瘤患者的研究發(fā)現(xiàn),miR-15a/miR-16的初級(jí)轉(zhuǎn)錄體中C→T的突變與miR-15和miR-16的表達(dá)下調(diào)相關(guān)。最近研究還發(fā)現(xiàn)hsa-mir-196a2中的rs11614913SNP與非小細(xì)胞肺癌的生存有關(guān)。Hsa-mir-196a2中的rs11614913單核苷酸多態(tài)性可能是非小細(xì)胞肺癌的預(yù)后標(biāo)志物。Hu等研究發(fā)現(xiàn)在miR-499中rs11614913(T→C)和A→G(rs3746444)的突變與增加乳腺癌易感性關(guān)系密切。ERα基因的3′末端非翻譯區(qū)的C→T(rs93410170)的miRNASNP變化會(huì)影響miR-206介導(dǎo)ERα的調(diào)控且與乳腺癌相關(guān)。與miR-146a和miR-146b結(jié)合的外顯子結(jié)合區(qū)域的關(guān)鍵部位出現(xiàn)突變(2607G→C),從而導(dǎo)致Kit轉(zhuǎn)錄下調(diào)和Kit蛋白水平低下,促進(jìn)乳突狀甲狀腺癌的形成。在Kit基因中miR-221/222的結(jié)合位點(diǎn)的SNP可以使Kit蛋白的表達(dá)下調(diào),從而導(dǎo)致乳頭甲狀腺癌。流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,miRNA相關(guān)的遺傳變異與膀胱癌的發(fā)生有關(guān)。約4.7%的乳頭甲狀腺癌的發(fā)生是由于pre-miR-146a中的G→C(rs2910164)的突變所引起。MiR-146a前體的突變會(huì)影響miRNA的表達(dá),導(dǎo)致乳頭甲狀腺癌的遺傳易感性,且通過體細(xì)胞突變?cè)谀[瘤發(fā)生中發(fā)揮作用。初步顯示,這些結(jié)果是通過SNP影響靶基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。Landi等研究發(fā)現(xiàn),miR-582中的兩個(gè)突變[CD86中的rs17281995和胰島素受體(insulinreceptor,INSR)中的rs1051690]與增加結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。目前已確定了miRNA的SNP在疾病中的作用。例如,miRNAs的SNP在癌癥中的作用已經(jīng)得到證實(shí),miR-125a在成熟的miRNA中有一個(gè)變異基因的SNP已在乳腺癌中得到證實(shí);同時(shí)發(fā)現(xiàn)SNP干擾Let-7調(diào)控已知的原癌基因是影響非小細(xì)胞肺癌的易感性的一種新模式,通過進(jìn)一步研究確定在所有癌癥中類似的SNP的類型。最近,Guo等研究發(fā)現(xiàn)位于pre-miR-146a功能的SNP可能有助于食管癌的易感性和臨床療效。Sun等首次證明,一個(gè)位于hsa-miR-27a共同的多態(tài)性(rs895819),通過調(diào)節(jié)miR-27a和ZBTB10水平作為胃癌易感性的重要因素之一。Tchatchou等針對(duì)乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),選擇了11個(gè)miRNA靶位點(diǎn)做SNP分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)雌激素受體1存在1個(gè)SNP位點(diǎn)(rs2747648),等位位點(diǎn)C與miR-453結(jié)合緊密,而T降低與miR-453的結(jié)合。后者引起雌激素受體1高表達(dá),導(dǎo)致乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加。Landi等應(yīng)用生物信息學(xué)方法分析了104個(gè)與結(jié)腸癌發(fā)生相關(guān)基因3′非編碼區(qū)的多態(tài),并應(yīng)用PicTar,DianaMicroT,miRBase,miRanda,TargetScan和microInspector軟件,結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)分析其miRNA結(jié)合位點(diǎn),結(jié)果在miRNA結(jié)合位點(diǎn)鑒定了57個(gè)SNP,其中CD86基因C/G多態(tài)(rs17281995)與捷克人群的結(jié)腸癌發(fā)生有關(guān)。3mirna基因突變腫瘤治療的主要障礙是腫瘤細(xì)胞的耐藥。腫瘤細(xì)胞耐藥性形成因素主要包括:藥物靶標(biāo)的突變或過表達(dá)、使藥物失去活性以及使細(xì)胞內(nèi)藥物減少等。其中,一個(gè)常見的原因是MDR1基因的活化而導(dǎo)致的P-糖蛋白(P-gp)的過表達(dá)。P-gp的過表達(dá)可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)結(jié)構(gòu)和功能不同的化療藥物產(chǎn)生廣泛的耐藥性。隨著研究的深入,miRNA的遺傳變異對(duì)耐藥基因具有一定的調(diào)節(jié)作用。MiRNA突變包括影響miRNA正常功能的各種基因變異,可以純合或雜合的形式存在。在人類基因組中導(dǎo)致miRNA功能增強(qiáng)或減弱的各種突變形式包括插入、擴(kuò)增、缺失、轉(zhuǎn)置和單堿基突變等。這些突變可以分為3類:影響miRNA生物合成的基因突變(如pri-miRNA和pre-miRNA的突變、成熟miRNA的突變、Drosha、Dicer及Exportin5-RanGTP的突變等)、miRNA靶基因的突變(包括miRNA結(jié)合位點(diǎn)及附近序列的突變)以及影響miRNA基因正常表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)(如甲基化和乙酰化)的突變。MiRNA突變通過改變藥物吸收、代謝、分布和藥物靶標(biāo)修復(fù)、細(xì)胞凋亡等通路中基因的表達(dá)水平而影響藥物的臨床效果。研究表明,成熟miRNA種子區(qū)(seedregion)及其靶mRNA上的結(jié)合位點(diǎn)處發(fā)生的單堿基突變可影響二者的正常配對(duì)并導(dǎo)致miRNA功能失常。但Saunders等通過分析SNP公共數(shù)據(jù)庫(kù)指出,與靶基因mRNA的3′UTR區(qū)相比,miRNA基因的單堿基突變概率很低(低于1%)并接受自然選擇,其中種子區(qū)發(fā)生單堿基突變的miRNA只有3個(gè),因此目前關(guān)于miRNA基因突變的報(bào)道較少。靶mRNA的3′UTR區(qū)雖然是非編碼蛋白區(qū),卻包括了miRNA、胞質(zhì)多腺甘酸化元件及多種蛋白復(fù)合體的結(jié)合位點(diǎn),對(duì)基因表達(dá)起到重要的調(diào)節(jié)作用。Lu等報(bào)道胸苷酸合成酶3′UTR區(qū)6個(gè)堿基的缺失突變與胃癌病人對(duì)氟脲嘧啶的化療敏感性有關(guān),但具體機(jī)制尚不清楚。有研究報(bào)道m(xù)iRNA多態(tài)性會(huì)影響藥物反應(yīng)和潛在的賦予耐藥。最近研究