第16章-MicroRNA与复杂疾病

1、细细 胞胞 miRNA 基因基因初始初始miRNAmiRNA前体前体转录转录细细胞胞核核剪切剪切转运蛋白转运蛋白Dicer酶酶剪切剪切成熟miRNA和miRNA* RNA诱导沉默复合物成熟miRNAmiRNA*降解降解细细 胞胞 质质miRNA种子区与靶mRNA完全互补则降解靶mRMA 3端miRNA种子区与靶mRNA不完全互补则抑制翻译基于序列的基于序列的miRNA靶基因预测方法靶基因预测方法（一）（一）miRNA靶点类型靶点类型/research/sander/data/miRNA2003/miranda_new.htmlhttp:/www.targ

2、/人民卫生出版社8年制及7年制临床医学等专业用生物信息学miRNA名称与编号1) miRNA成熟体命名规则(以动物miRNA为例)确定命名规则之前发现的miRNA，则保留原来名字，如hsa-let-7。miRNA成熟体简写成miR，再根据其物种名称，及被发现的先后顺序加上阿拉伯数字，如hsa-miR-122；高度同源的miRNA在数字后机上英文小写字母(a,b,c,)，如hsa-miR-34a，hsa-miR-34b，hsa-miR-34c等；由不同染色体上的DNA序列转录加工而成的具有相同成熟体序列的miRNA，则在后面机上阿拉伯数字以示区分，如hsa-miR-199a-

3、1和hsa-miR-199a-2；通常一个miRNA前体长度大约为7080nt，很可能两个臂分别产生miRNA。以前的做法是：表达水平较高的miRNA后面不加任何符号，而表达水平较低的miRNA后面加上*号，如rno-miR-9*。有时带“*”的miRNA就根本不出现。而如果没有明显的表达差异，则以“-5p”和“-3p”分别命名。如hsa-miR-26b-5p和hsa-miR-26b-3p，分别表明从hsa-mir-26b前体的5端臂和3端臂加工而来的。在以前的命名中，有时也会以“-s”和“-as”来命名，但现在已经取消了这种命名方式。注意：miRBase 18.0对miRNA成熟体的名称进行

4、了大量的修改，很多带“*”的miRNA都变成了“-5p”或“-3p”。当然，新名称下面对应有其原来的名称。2) miRNA编号及名称(以动物miRNA为例)miRBase记录了miRNA前体序列及miRNA成熟体序列，其中： miRNA前体发夹状结构的miRNA前体转录本以“mir”命名，其编号以“MI”编号，如人的miRNA 122的前体ID为hsa-mir-122，Accession为MI0000442。 miRNA成熟体大约2023nt的miRNA成熟体以“miR”命名，其编号以“MIMAT”编号，如人的miR-122有两个成熟体，其中之一ID为hsa-miR-122-5p ,Acces

5、sion为 MIMAT0000421;另一个为ID为hsa-miR-122-3p ,Accession为 MIMAT000 4590。位于miRNA基因内部，影响miRNA的表达以及对靶向基因的调控。影响蛋白质参与miRNA合成与成熟，导致新的miRNA生成和靶基因的调控。位于靶基因3UTR区域，miRNA靶点或者靶点附近，影响miRNA与靶基因的结合影响miRNA的药物反应和表观遗传调控Saunders, M.A.等对人类474个miRNAs的SNPs进行系统的分析发现单核苷酸多态在miRNA序列内的密度低于其周围的侧翼序列。 49个pre-miRNAs内存在65个SNPs位点，其中3个mi

6、RNAs的种子序列存在SNPs。 miRNA多态对物反应的影响 致癌基因的高表达 抑癌基因的低表达 （一（一) miRNA表达谱表达谱1. miRNA的特征的特征片段小、低丰度、组织特异性、发育阶段特异性、疾病状态特异性 2. miRNA表达检测技术表达检测技术Northern印迹、克隆（cloning）、定量PCR扩增、 SAGE技术、磁珠技术和寡核苷酸芯片技术 1.miRNA表达数据来源表达数据来源（二）利用（二）利用miRNA表达谱寻找复杂疾病表达谱寻找复杂疾病miRNAGene Expression Omnibus （GEO）数据库ArrayExpress 数据库 2.miRNA表达谱

7、数据标准化表达谱数据标准化 中值处理中值处理mRNA表达谱数据标准化方法并不能简单地应用于miRNA表达谱数据，目前仍没有统一有效的标准化方法可用于miRNA表达谱3.差异表达分析差异表达分析 寻找异常寻找异常miRNA比较癌组织和正常组织中的miRNA表达水平方法：倍数改变、T检验、 SAM算法、方差分析为了确保结果的准确性，需要对异常miRNA进行生物学证实4.靶基因功能注释靶基因功能注释靶基因预测算法：Targetscan，miRanda，PicTar 对异常miRNA的靶基因集进行GO功能注释和KEGG通路分析，得到靶基因显著富集的生物学过程5. miRNA功能预测和病理假设功能预测和

8、病理假设 基于miRNA的靶基因的功能富集来预测miRNA的功能 疾病中，异常miRNA通过参与调节靶基因富集的生物学 过程，进而导致功能失调引发疾病。互作互作网络网络、表表达数达数据据SNP表型表型数数据据整合 以2005年Lu采用磁珠流式细胞式检测技术得到的89个人类多种组织样本中的miRNA和mRNA表达谱数据作为一个案例 （一）整合（一）整合miRNAmiRNA mRNAmRNA表达谱研究疾病表达谱研究疾病第一步：数据获得与处理第一步：数据获得与处理miRNA表达谱mRNA表达谱数据筛选151个miRNA 11114个mRNA第二步：表达相关性分析（皮尔森相关系数）第二步：表达相关性分

9、析（皮尔森相关系数）（一） miRNA-miRNA表达相关性（二） miRNA-mRNA表达相关性 一些miRNA对之间存在着高度的表达一致性（图中红色曲线） 149个miRNA-mRNA对也具有共表达的现象 （皮尔森相关系数0.4） 第三步：共表达的第三步：共表达的miRNA-mRNA网络网络 miR-99a同时与7个基因（ACTG2，MYH11，PRUNE2，GCSH，EDNRA，ACSL1，CCDN2）具有较高的表达一致性 ACTG2，MYH11，PRUNE2，GCSH，EDNRA，ACSL1，CCDN2的GO功能注释结果显示,其中4个基因共同参与了催化活性生物学过程 预测miR-99a可能参与催化活性作用 第四步：差异表达第四步：差异表达miRNA和和mRNA对于其中的12个前列腺组织样本,利用SAM算法,分别对其miRNA和mRNA表达进行差异表达分析60个差异表达miRNA485个差异表达mRNA靶预测算法miRNA靶向的mRNA集合GO功能注释、（二）（二）mi