miRNA的特征及研究进展概述(2),生物化学论文

miRNA的特征及研究进展概述(2),生物化学论文1.4miRNA的功能miRNA通常位于基因间隔区，但也有部分存在于遗传编码基因的内含子中[11].它虽仅占人类基因总数的2%,却调控着人类基因组中30%以上的基因，是基因调控网络中的核心成分[12].miRNA在生物体内广泛存在，对包括生物体的细胞增殖、分化、凋亡和生物体个体的发育以及疾病的产生、进展及预后等生命活动均发挥着广泛的生物学调控作用，故而对其进行深切进入研究具有非常重要的意义[13-14].当今，miRNA已成为肿瘤研究领域中的热点。Calin等[15]于2002年最先报道了miRNA在肿瘤发生中的作用。随着研究的不断深切进入，人们发现基因组的不稳定性是肿瘤的常见特征之一，约50%的miRNA基因位于与肿瘤相关的染色体的脆性位点上，而且不同类型的肿瘤具有明显不同的miRNA表示出谱[16].miRNA具有类似癌基因或抑癌基因的功能，表现为癌基因的活化或抑癌基因的失活，如Let-7、miR-15、miR-16、miR-34a/b/c、miR-124、miR-143、miR-145、miR-122a等在多种肿瘤中相继被证实发挥类似抑癌基因的作用[17-22],而miR-21、miR-10b、miR-221和miR-222等在多种肿瘤中扮演着类似癌基因的角色[23-26].1.5miRNA的靶基因预测由于miRNA的功能与其所调控的靶基因密切相关，所以研究miRNA的功能必将牵涉对miRNA靶基因的鉴定。但是，miRNA对靶基因的调节通常并不是逐一对应的，大多数情况下，一个miRNA同时对多个靶基因发挥调控作用，而一个基因也同时被多个miRNA所调控；况且生物体具有非常复杂的内在机制，miRNA的表示出调控并不是孤立存在的，miRNA对基因的调节存在着多种调控机制和作用形式，所以，鉴定miRNA靶基因既是这一研究领域的重点，也是该研究领域的难点。生物信息学的飞速发展使科学家们能够使用特殊的软件和数据库来预测miRNA的靶基因[27].生物信息学方式方法主要是基于miRNA和靶基因间的互相作用具有一定的规律性，通过建立计算模型，整合已有的生物学数据，应用某种算法或程序来预测miRNA的靶基因。当前常规的算法和程序一般遵循以下几条规律：①miRNA靶位点在不同物种之间具有保守性；②miRNA与靶基因之间具有互补性；③miRNA与信使RNA互相之间具有热稳定性；④miRNA5端的结合能力比3端的结合能力强[28].除了以上这些基本规则外，不同的算法和程序还会根据各自总结的规律进行改良和优化。生物信息学预测方式方法的应用前景广阔，使寻找miRNA靶基因有律可循，但是这种方式方法得出的结果假阳性率很高；并且运用生物信息学预测的miRNA与信使RNA互相作用只是一种理论上的结合，在不同条件下，miRNA究竟以何种作用形式以及水平存在并不能通过生物信息学预测。常用的miRNA靶基因预测网站主要包括，①TargetScan:科学家在2003年开发的一款用于预测哺乳动物miRNA靶基因的软件，它主要是基于miRNA与信使RNA的碱基互补配对原则，利用miRNA构造序列上的保守性和信使RNA与miRNA互相之间的热力学稳定性，来预测miRNA靶目的，它为人们提供网络实时服务，是当前使用频率最高的miRNA靶基因预测软件；②miRbase:该软件能够通过名称、本文关键词语或序列等方式进行检索，并可通过链接查询有关该miRNA的主要文献，对miRNA进行基因组背景分析及靶标预测等；③miRanda:是第一个利用生物信息学对miRNA靶基因进行预测的软件，于2003年开发设计，应用范围广，但假阳性率较高；④PicTar:是研究人员通过特定的计算法则来预测脊椎动物、线虫、果蝇和人类的非保守但共表示出的miRNA的靶基因，并通过实验方式方法进行验证。1.6miRNA的靶基因验证固然运用生物信息学的方式方法能够为研究人员提供大量的信息，且相对简单、快速，但是，它只是通过理论上的某种计算为研究人员提供某些参考信息，存在一定的局限性和可靠性，还需要通过生物实验方式方法进行验证。最直接的验证方式方法是，运用荧光定量聚合酶链反响及蛋白质印迹法检测转染miRNA后的细胞〔组织〕中信使RNA水平及蛋白水平，进而明确miRNA与靶基因的对应关系。近年来发展快速的荧光素酶报告基因法由于其快速、灵敏度高以及检测范围广，能够直接验证miRNA的靶位点。1.7miRNA的检测当前已有多种方式方法检测miRNA,包括基因克隆、Northernblotting、原位杂交、反转录聚合酶链反响、微阵列芯片及高通量测序等技术。当前，大多数miRNA是通过反转录克隆辨别和鉴定出来的，这是人们发现miRNA的一个重要方式方法；Northernblotting是最为经典的检测RNA的手段，也是当前检测miRNA表示出水平的最主要方式方法，所有通过克隆和生物信息学分析得来的miRNA都应该经过Northernblotting来验证和鉴定；原位杂交是了解miRNA时间和组织特异性表示出最常用的方式方法；反转录聚合酶链反响是一种能够定量分析miRNA表示出水平的方式，可以用于验证生物学预测的miRNA;芯片技术的应用实现了在全基因组水平鉴定成熟miRNA的表示出，分析同一细胞中不同的miRNA的差异性表示出以及比拟不同组织或细胞中miRNAs表示出谱的差异，成为高通量检测的最佳选择；高通量测序能够在实验中发现新的小分子RNA,成功地检测到了基因芯片未发现的miRNA[29].2miRNA的应用由于miRNA在生命活动中表现出来的广泛调节功能以及对基因表示出、生长发育和疾病发生、发展等的复杂效应，miRNA自被发现以来即成为生命科学的研究热门。生命科学研究已经进入后基因组时代，利用miRNA从分子水平来说明生物体的生命活动经过，阐述物种的起源和生物的演化，来揭示生命的奥秘。基因表示出具有时间和空间的特异性，不同物种、组织、细胞，在不同生理、病理状态下miRNA的表示出情况不同，它们可能会成为用于诊断和〔或〕区分健康与疾病状态的潜在生物标志物[30].当前，miRNA已经作为多种疾病的生物标志物[31-33].除此之外，理论上，通过改变miRNA的空间构造，能够发现潜在的药物作用靶点；抑或采用miRNA模拟物、miRNA冲动剂、miRNA抑制物以增加或降低病变组织或细胞的miRNA水平，进而下调或上调特异性靶蛋白的表示出，开展基于miRNA的分子靶向治疗及个体化治疗方案[34].3小结在过去的研究中，人们已经了解了很多关于miRNA的特性及功能的知识，但对miRNA具有的所有特性和功能还缺乏全面的研究；而miRNA在生物体整体分子网络中扮演的角色的研究才刚刚开场。在将来的研究中，人们将会运用系统生物学方式方法来研究miRNA介入控制生物体的生长发育以及生物体在不同状态下的表示出水平，对生物体的生命机制进行全面而系统地分析。相信随着研究的不断深切进入，这些研究成果必将会造福于人类。以下为参考文献[1]LeeRC,FeinbaumRL,AmbrosV.TheC.elegansheterochronicgenelin-4encodessmallRNAswithantisensecomplementaritytolin-14[J].Cell,1993,75〔5〕:843-854.[2]ReinhartBJ,SlackFJ,BassonM,etal.The21-nucleotidelet-7RNAregulatesdevelopmentaltiminginCaenorhabditiselegans[J].Nature,2000,403〔6772〕:901-906.[3]Lagos-QuintanaM,RauhutR,LendeckelW,etal.IdentificationofnovelgenescodingforsmallexpressedRNAs[J].Science,2001,294〔5543〕:853-858.[4]Griffiths-JonesS,HuiJH,MarcoA,etal.MicroRNAevolutionbyarmswitching[J].EMBORep,2018,12〔2〕:172-177.[5]YangJS,PhillipsMD,BetelD,etal.WidespreadregulatoryactivityofvertebratemicroRNA*species[J].RNA,2018,17〔2〕:312-326.[6]BrameierM.Genome-widecomparativeanalysisofmicroRNAsinthreenon-humanprimates[J].BMCResNotes,2018,3:64.[7]SonntagKC,WooTU,KrichevskyAM.ConvergingmiRNAfunctionsindiversebraindisorders:acasef