微 RNA( microRNA,miRNA) 是一類由 21 ~ 23 個核苷酸組成的內源性、非編碼、單鏈小分子 RNA,通過完全或不完全堿基互補配對原則與特定基因的信使 RNA 的 3'-非翻譯區或5'-非翻譯區結合,在轉錄后水平通過對靶信使 RNA 降解或抑制翻譯過程而發揮負性調控作用。1993 年,Lee 等[1]通過對秀麗新小桿線蟲的研究首先報道了 miRNA 的存在。
2000 年,Reinhart 等[2]在線蟲發育調控的研究中發現了第2 個 miRNA---let-7,從而拉開了對 miRNA 研究的序幕。自miRNA 被發現以來,人們已經發現了數萬種 miRNA,這一數字仍在不斷增加。相信隨著科學的進步,技術的發展,越來越多的未知 miRNA 將會被發現,同時也將會面臨新的挑戰?,F就miRNA的特征及研究進展進行概述。
1 miRNA 簡介
1. 1 miRNA 的 命 名 SangermicroRNA 序 列 數 據 庫 ( miR-Base) 是一個提供包含 miRNA 的序列數據、miRNA 的命名以及對miRNA 靶基因預測的全方位數據庫。作為存儲 miRNA 信息的權威 數 據 庫,miRBase 具 有 對miRNA 基因名稱獨立注冊的權利。早在 miRNA 被大規模發現的時候,其命名機制就被確定下來,當前已發展了一套成熟的miRNA 命名系統[3].目前,miRBase 已于 2014 年 6 月升級至miRBase 21. 0 版。在該版本中,共收錄 28 645 個 miRNA 前體和35 828 個成熟體miRNAs,涵蓋了 223 個物種。相比上一版本( miRBase 20. 0 版) ,新版數據庫的可靠性進一步提升,清除了一些不明確的和錯誤注釋的序列,又有 72 個條目被清理出數據庫。miRNA 的命名一般遵循以下基本規則: ( 1) miRNA 的成熟體通常用 miR 表示,而 miRNA 的前體則用 mir 表示,然后是其物種名稱( 采用 3 ~4 個字母的縮寫來表示) 以及被發現的時間次序( 一般使用阿拉伯數字表示,如 hsa-miR-200,mmu-miR-200) ; ( 2) 同源性較高的 miRNA 在數字后面加上英文小寫字母( a,b,c,…) ,如 hsa-miR-200a、hsa-miR-200b 和has-miR-200c; ( 3) 如果一個成熟的 miRNA 不是由同一條染色體上的 DNA 序列轉錄加工產生,則在后面加上阿拉伯數字以區別( 如 hsa-miR-16-1 和 hsa-miR-16-2) ; ( 4) 若一個 miRNA前體的兩個臂可以分別轉錄加工成 miRNA,則用“-5p”和“-3p”以區分,分別表示從該前體的 5‘端臂和 3’端臂加工而來( 如 hsa-miR-125a-5p 和 has-miR-125a-3p)[3].以前認為,這兩個 miRNA 表達水平有差異,將表達水平較低的 miRNA在后面加上* 號表示,而表達水平較高的 miRNA 后面則不加任何符號。并且一般認為 miRNA* 是沒有功能的,但是有研究報道 miRNA* 其實也是有功能的[4],在某些組織里表達水平甚至高于 miRNA[5].自miRBase19. 0 版起,這種 miRNA*命名方式已經終止使用。另外,命名規則確定之前已經被發現的 miRNA,如 lin-4 和 let-7,則仍使用原來的名字。
1. 2 miRNA 的生物合成 miRNA 的生物合成是一個相當復雜的生物學過程,它具有多個步驟。首先,在 RNA 聚合酶Ⅱ的作用下,核內編碼 miRNA 的基因轉錄為初級 miRNA; 隨后,經 Drosha-DGCR ( Drosha-DiGeorge syndrome critical regiongene) 8 復合物的幫助,初級 miRNA 被剪接成長為 70 ~ 80 nt的具有類似發夾樣結構的 miRNA 前體; 接著,在核質( 細胞質) 轉運輸出蛋白 5 的參與作用下,miRNA 前體被自細胞核轉運至細胞質中; 然后,經核酸酶 Dicer 作用,miRNA 前體被進一步剪切成長度約為 22 nt 的雙鏈 RNA 分子; 最后,雙鏈RNA 分子在解旋酶的酶解作用下,一條鏈被降解,另一條鏈則成為成熟的 miRNA,并與 Argonaute 蛋白一起,與特異的RNA 沉默復合物結合后形成特異的 RNA 沉默復合物-信使RNA 復合物,再按照堿基互補原則與靶信使 RNA 結合,從而在轉錄后水平發揮相關負性調控作用。
1. 3 miRNA 的生物特性
1. 3. 1 高度的進化保守性 目前研究認為,成熟的 miRNA在物種進化過程中具有一定的保守性,人們在低等生物和高等生物基因組中均可以找到同源 miRNA,如人和靈長類動物的 miRNA 之間就有 40%的同源基因[6].miRNA 序列結構上的這種高度保守性具有重要的生物學意義,提示可能在不同生物體的生長發育過程中,miRNA 具有比較一致的表達調控機制,同時這也為生物進化的同源性提供了某種依據,對人們了解物種演變的過程具有非常重要的意義。
1. 3. 2 表達的空間特異性 miRNA 只在特定的細胞或組織表達,如 miR-124 和 miR-9 在神經系統內高表達,但是兩者仍有區別,miR-124 主要表達于神經前體細胞中,而 miR-9 則主要表達于神經元和膠質細胞中[7-10].miRNA 在不同組織間、細胞間的差異表達,向人們提示 miRNA 可能在生物體的組織或細胞分化過程中發揮了作用,也對人們理解生物體在正常和疾病狀態下 miRNA 表達的形式和水平的不同有一定的幫助。
1. 3. 3 表達的時間特異性 miRNA 只在特定的時間或發育階段表達。如 miR-1 和 let-7 能在成年果蠅中表達,而未能在培養 20 ~24 h 的果蠅胚胎細胞中檢測到[3].miRNA 的表達呈現出時間發育特異性,提示 miRNA 可能參與了生物體個體的發育過程,并且極有可能在其中發揮了調控作用。