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入门必看:miRNA的产生及特征与功能概要

microRNAs是一类由内源基因编码的非编码单链RNA分子,其长度约为19-25nt,在生物发展进程中具有重要的调节作用。miRNAs主要通过参与基因的转录后调控实现对靶基因的表达调节,其在肿瘤发生发展、生物发育、器官形成、病毒防御、表观调控以及代谢等方面起着极其重要的调控作用。miRNAs具有非常复杂的调控网络,往往一个miRNA可以调控多种靶基因,而同一个靶基因也可以有很多个miRNAs来进行调节。


一、miRNAs的产生

经典的miRNA成熟途径如下:在细胞核内RNA聚合酶II或III转录miRNA相关基因到初级miRNA(pri-miRNA),这个时候的miRNAs长达几千nt。随后由微处理复合物Drosha-DGCR8将pri-miRNA裂解成前体miRNA(pre-miRNA)这时候形成了发卡结构,以上过程是在核内进行的。接着,由Exportin-5-Ran-GTP复合物将pre-miRNA转运出核。在胞浆中,与双链RNA结合蛋白TRBP结合的RNase Dicer酶将pre-miRNA分解成成熟的长度,这时miRNA还处于双链状态。最后双链的miRNA被转载进AGO2形成RISC(RNA诱导沉默复合体)。miRNA双链中的一条链保存在RISC复合物中,另一条链则排出复合物外并迅速降解,关于两条链在RISC复合物中是如何分开,如何外排的现在还无明确的报道。


miRNA与RNA诱导沉默复合体(RISC)



二、miRNA的特点

1)其长度大约是22nt,目前已经知道的miRNA21-23nt的超80%;

2)具有能形成分子内茎环结构的前体。植物中前体大小的变化范围较大,可以从几十到数百个核苷酸,而在动物中前体大小的变化范围较小,一般在60-80nt而且miRNA基因在基因组中有多种存在形式,有单拷贝,多拷贝或基因簇等形式。其位置大多落于基因间隔区,说明他们的转录独立于其他的基因,具有本身的转录调控机制,而且很可能从前体到成熟的加工过程中,前体本身满足了所需的所有要求;

(3)几乎所有的miRNA都是从前体一条臂上加工而来,只有极少数的miRNA是从前体的两条臂同时加工产生的;

4已经知道的miRNA在表达上具有阶段性和组织特异性,也就是说在生物发育的不同阶段有不同的miRNA表达,在不同的组织中表达量也不同;

5)成熟的miRNA5端有一个磷酸基团,3端为羟基,它们可以和上游或下游的序列不完全配对形成茎环结构。


三、miRNA的作用机制

(1)翻译抑制
miRNA与靶mRNA通过6-7个碱基互补结合,可导致miRNA在蛋白质翻译水平上抑制靶基因表达(哺乳动物中比较普遍)。


(2)mRNA的降解
miRNA也有可能影响mRNA的稳定性。如果miRNA与靶位点完全互补(或者几乎完全互补),那么这些miRNA的结合往往会引起靶mRNA的降解(在植物中比较常见)。通过这种机制作用的miRNA的结合位点通常都在mRNA的编码区或开放阅读框中。每个miRNA可以有多个靶基因,而几个miRNAs也可以调节同一个基因。

(3)转录调控
表观遗传是指在核酸序列水平上不涉及基因组改变的遗传变化。最近研究发现表明, miRNA影响基因启动子的CpG岛甲基化作用,在转录水平直接对靶基因进行调控作用。


四、miRNA研究杂谈

如果听说有人还在研究miRNA,很多人都会冒出一个想法:好老,好没有创意。君不见2017年已有5篇miRNA相关CNS级别的文章已经发表;另外,通过检索发现,仅2017年,医学部以及生命学部就有686项关于miRNA的申请获得了国家自然科学基金委员会的资助,合计资助金额近2.5亿元。可以看出,miRNA的研究在科研领域依然存在一席之地,它完全是国自然基金标书写作当中的一个润滑剂。


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