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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY

细胞遗传学作业

题目：微小RNA的研究进展

学 院： 农学院 姓 名： 蒋凯

学 号： 0202013065 专 业： 遗传学

年 级： 2013级 联系电话： 15279156684

2013-1-6

微小RNA的研究进展

姓名：蒋凯 学号：0202013065 专业：遗传学(东区) 联系方式:15279156684 (1江西农业大学农学院 江西 南昌；2江西省动物生物技术重点开放实验室，南昌330045) 摘要:微小RNA是小分子 RNA 家族中的一员，RNA序列是由一段非常短的非编码RNA序列组成的，长度大约为21-25个核苷酸，进化上较为保守。对多种生物学过程起调控作用。在转录水平上，通过与靶ｍＲＮＡ互补配对而对基因的表达进行负调控,导致了ｍＲＮＡ的翻译抑制或降解，从而调控蛋白表达。微小ＲＮＡ尽管微小,但微小RNA在真核生物的发育和基因表达中扮演着重要角色是通过与靶ｍＲＮＡ形成完全或者不完全互补配对。微小ＲＮＡ参与动物体发育、细胞分化和细胞增殖与死亡等各种过程。从miＲＮＡ的发现及其生物合成、特征与功能等方面的研究进展进一步研究微小RNA，从而对人类的一些疾病的研究有所帮助。

关键词：微小RNA；非编码；生物学功能

Functional Studies Of MicroRNA

Abstact:MicroRNA, one of the small molecular RNA family, is a very small section of non-coding RNA sequence, which composed of about 21-25 nucleotides in length, very conservative in evolution. MicroRNA can regulate several biological processes. At the transcriptional level, as sequence-specific negative regulators in post-transcriptional gene silencing by base pairing with target mRNAs, which leads to mRNA cleavage or translational repression resulting in inhibition of mRNA translation or degradation. Although microRNAs are tiny , but they play an important role in the development and expression of eukaryotic genes in the target mRNA which by forming a complete or incomplete complementary pair. MicroRNA involved in various processes animal development,which comeposed of cell differentiation and cell proliferation and death.Research found that their biosynthesis, characteristics and function. Moreever, the study of miRNA from miRNA can bring great heip for study some human diseases.

Keywords :microRNA; non-coding; biological function 前言

在人类的整个基因组中，存在着非常多的非编码DNA序列，由它转录成的非编码RNA，曾被认为仅仅是DNA和蛋白质之间的过度，但随着研究的深入，越来越多的证据显

示，非编码RNA在生命的进程中起的作用远远比人类先前预想的更为重要。在所有的非编码RNA中，微小RNA是研究最多的。microRNA(miRNA)是一类进化保守、非编码蛋白质的内源性小RNA，长度约为20-25nt, 可在转录后水平调控基因表达

［1］

，由具有发夹环结构、长

度为70-80nt的单链RNA前体（pre-miRNA）剪切而成的它通过与其目标mRNA分子的3'端非编码区域(3'-untranslatedregion, 3' UTR)互补匹配导致该 mRNA 分子的翻译受到抑制。miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，而且绝大部分定位于基因间隔区。其转录独立于其他基因，并不翻译成蛋白质，而是在体内代谢过程中起到多种调控作用。miRNA 在各个物种间具有高度的进化保守性，并且在茎部的保守性更强；但在环部可以容许更多的突变位点存在。微小RNA被证实参与调控细胞生命活动中许多的信号转导途径，在胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育、细胞分裂增殖、细胞分化、凋亡、胰岛素分泌、血管生成、心脏发生、大脑形成及免疫应答等过程都表现出重要作用

［2-4］

，而且，

［5-8］

研究进一步发现微小RNA与疾病的发生发展有关如心血管疾病、肿瘤疾病和骨骼疾病等1.微小RNA的发现及命名

。

1993年,Ｌｅｅ等[9]利用定位克隆法在秀丽隐杆线虫中克隆了第1个能阶段性调控胚胎后期发育的基因lin-4,此基因不编码蛋白质,但是能编码长度约22ｎｔ的miRNA。Lin-4的发现及其翻译抑制作用显示,在生物生长发育过程中有着一种新的基因调节机制。Lin-4是在生物生长发育过程中起重大作用的lin-14和lin-28的负性调节因子。2000年, 第2个调控时序性发育的基因let-7又被Ｒeinhart等[10]在线虫中找到了,其转录物加工成的大小为21个核苷酸的miRNA,也是一个负调节因子。人们也逐渐认识到miRNA在生物进化和疾病发展过程中起着重要调控作用,通过抑制靶基因的表达而产生基因沉默效应[11-13]。而后, 在人类、果蝇、小鼠等多种生物中人们逐渐开展了miRNAs的研究,结果发现了数百的miRNAs。 2.微小RNA的生物合成

经研究发现,动物细胞内的miRNA都是具有较高的保守性[14]一组非编码蛋白质的短序列RNA。miRNA是在基因组的不同区域由RNA聚合酶II转录形成较长的有几百至上千个核苷酸pre-miRNA,含有帽子和polyA尾巴结构,二级结构是具有特殊的发夹形茎环,然后加工而成的。经过endonucleaseⅢ-Drosha及其辅助因子DGCR8的识别、作用,pri-miRNA去掉帽子和尾巴结构,形成了60-75核苷酸的miRNA前体(pre-miRNA)。pre-miRNA5′端带有磷酸基团,3′端有2ｎｔ的突出。pre-miRNA在核内转运蛋白ex-portin-5作用下转运出细胞核而进入细胞质。第二个endonucleaseⅢ-Dicer和TRBP复合物把pri-miRNA切割形成短小的miR-NA双链体,然后双链体再降解成为成熟的单链miR-NA [15],成熟的miRNA与一种类似于RISC

的核糖核蛋白结合形成了miRNPR, 开始，成熟miRNA 与之互补序列相互结合成miRNA:miRNA* 双螺旋结构(miRNA* 是 miRNA 的互补序列); 随后，双螺旋结构解旋，其中一条链结合到由RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-induced silencing complex，RISC)中，形成了非对称RISC复合物(asymmetric RISC assembly)[16-17]。该复合物会结合到目标靶mRNA上，在大多数情况下(例如在动物中)，复合物中的单链miRNA 与靶mRNA 的 3' UTR不完全互补配对，从而阻断该基因的翻译过程而发挥生物功能[18](图1)。

图1 ｍｉＲＮＡ生物合成成模式图[19] 3.微小RNA的特征及功能 3.1微小RNA的特征

微小ＲＮＡ有数个教明显的特征:(1) 是一组不编码蛋白质的广泛存在于真核生物中的短序列ＲＮＡ ,本身并不具有开放阅读框架(0ＲＦ)及编码蛋白质的特点,却由不同于信使ＲＮＡ的独立转录单位而表达的;(2) 成熟的微小ＲＮＡ是从折叠的发夹状转录前体的一条臂上由Ｄicer酶切割得到的; (3)长度一般为21-25ｎｔ,在3′端却可以有1-2个nt的长度变化; (4) 在不同物种间成熟微小ＲＮＡ的序列和发夹结构在进化上具有高度的保守性, 在Ｃ.briggsae基因组中，线虫中所发现的ｍｉＲＮＡ85%都可以找到同源序列,而且, 水稻中也有ｍｉＲＮＡ与拟南芥中的ｍｉＲＮＡ找到了完全相同的序列,在烟草、水稻和拟南芥中也发现与ｍｉＲ-171相似的序列; (5) ｍｉＲＮＡ能定位于潜在能编码其前体发夹结构的蛋白质的非编码区域;

(6)表达具有严格的组织特异性和时空性。 从以上六个特征可以预测到微小ＲＮＡ参与了深远又复杂的基因表达调控,并决定生物发育和行为等的变化[20]。 3.2微小RNA的生物学作用 3.2.1 miRNA在植物中的作用

大多数的miRNA在植物中能介导其靶mRNA的降解。例如，最近发现的mir-196 能介导其靶基因Hoxb8的mRNA剪切[21 ]。在植物中，miRNA与其相应的靶mRNA近似完全配对，而且互补区域并非仅仅局限在3' UTR内而是散布在靶mRNA的转录区域，使得miRNA能结合到多个位点（包括编码区域在内的）上去，从而直接降解mRNA，并不抑制其翻译。然而与miRNA不同的是，mir-172的互补位点与它靶基因APETALA 2(AP2)的互补位点是落在编码区域而非3' UTR[22 ]。从上可以发现，在植物中，miRNA功能与siRNA 的功能是非常相似的。

3.2.2微小RNA调控血小板及功能

2006年，Garzon等[23]首次报道了miRNA参与巨核细胞生成分化的调控。随后，经过不断的研究，不断的完善。（1）在造血干细胞分化成巨核细胞的过程中，miR-146a的表达量发生了较大的变化，表明了miR-146a参与生成巨核细胞，但对表达量是降低还是升高这个问题仍存在不同意见。Labbaye[24 ]等在研究人类脐带血干细胞分化成巨核细胞时发现，miR-146a表达量是明显下降的，巨核细胞的分裂增殖、分化、成熟及其细胞集落的形成能被过表达miR-146a抑制，当抑制miR-146a的表达后，人脐带血干细胞分化成巨核细胞的能力明显增强。相反地，Opalinska等[25 ]认为miR-146a在人类及鼠源造血干细胞的分化过程中表达量是明显升高的，但是通过人工诱导小鼠骨髓内造血祖细胞过表达的miR-146a却不能促使造血祖细胞向巨核细胞分化，也不能够促进血小板生成。Starczynowski等[26 ]通过实验进一步发现，当巨核系／红系祖细胞（由造血干细胞分化为来源的）内miR-146a表达量降低时，过表达miR-146a会引起血小板数量的增加，然而，当miR-146a表达下调后，发现巨核细胞集落和血小板数量增加。（2）Georantas等[23 ]把正常人的CD34+造血干细胞作为实验对象，采用生物信息学技术预测在造血干细胞分化中起调控作用的miRNA，结果miR-155能够抑制编码9种相关蛋白的MRNA参与造血干细胞分化，同时在造血干细胞分化为巨核细胞时，检测到miR-155表达量明显下架，Romania等[27 ]也有相同的发现。体外实验发现人工诱导细胞内过表达miR-155能抑制K562细胞分化成巨核细胞,而且能减少以CD34+造血干细胞来源的红系细胞和巨核系细胞集落形成.此外,体内实验发现给经过辐射的小鼠注射过表达miR-155的造血干细胞能导致受体骨髓内巨核细胞发生障碍,巨核细胞数量