microrna与癌相关研究进展

microrna与癌相关研究进展

肿瘤是由细胞无控制区域传播的，损伤细胞不能正常死亡。细胞有几种保护措施,保证在发育过程中和成体中的细胞通过一种协调的机制,进行正常的分裂、分化和死亡。多种调控因子通过基因表达的开关,调节细胞分裂和分化。在肿瘤,被称为肿瘤抑制基因和癌基因表达失调。大多数肿瘤抑制基因和癌基因都是从DNA转录成RNA,然后翻译成蛋白质,行使其生物学功能。然而,最近的调查结果表明,致癌过程与一些微小RNA(miRNAs)表达的变化相关,这表明其中一些miRNAs起肿瘤抑制基因和癌基因的作用。MiRNA是一类内源性、保守的小的调节RNA分子,长度为19～23个核苷酸。广泛存在于真核生物中,通过碱基配对的方式作用于相应靶mRNA,导致靶mRNA降解或转录后翻译受抑。Lee等首先于1993年在C.elegans发现miRNA这一家族的第一个成员lin-4。lin-4通过碱基配对的方式结合到靶基因lin-4的mRNA的3′末端非翻译区(3′UTR),抑制lin-4的翻译。2000年Reinhart等发现了另一个类似的具有转录后调节功能的小分子RNA:let-7。目前随着对miRNA研究的深入,发现它们具有调节多种细胞进程包括凋亡、分化和细胞增殖的功能。这些效应通过调控信号分子(如细胞因子、生长因子、转录因子、促凋亡和抗凋亡基因)的表达而实现。迄今为止,在人类中已鉴别出超过500种microRNA。人们推测,在人类基因组中应有超过1000种microRNA。这些microRNA可以调节人类基因组中30%的蛋白质编码基因的表达,在基因调节中具有不可替代的作用。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,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。MiRNA在形成成熟miRNA的过程会发生突变或其靶基因变异,从而引起单核甘酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)。SNP是人类基因组变异最常见的一种DNA序列变化形式,大约每1200个碱基对(bps)就有一个是变异的,反映了个体表型、疾病易感性和对药物、环境因子反应的差异。肿瘤是一种多基因遗传病,除涉及外界环境因素的作用外,还涉及多个遗传易感基因的作用。化学药物疗法是治疗恶性肿瘤的主要手段之一。对于化学治疗(化疗)药物原发性和继发性地耐受是大多数肿瘤化疗失败的主要原因。从目前的研究成果来看,肿瘤耐药异常复杂,是多基因、多步骤综合作用的结果。现将miRNASNP的产生与肿瘤及耐药的关系等综述如下。1总结1.1通过转色剂生产naMiRNA的生物合成分别在细胞核和细胞质中进行,RNApolymeraseⅡ首先从miRNA编码基因转录出初级转录本(pri-miRNA),接着由属于RNaseⅢ家族的Drosha将pri-miRNA剪切成长度约为80bps的发卡状结构的miRNA前体(pre-miRNA),并由Exportin-5/Ran-GTP转运至胞浆,最后在胞浆由RNaseⅢ家族的另一成员Dicer将pre-miRNA加工成长度约为22个碱基的双链RNA。双链中的一条则与含Argonautes的RNA沉默复合物(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)形成RISC-miRNA复合物,然后结合到靶基因mRNA的3′UTR,从而调控靶标基因的表达。1.2mirna调控机制MiRNA生理功能的研究主要集中在寻找新的miRNA及其靶基因。MiRNA对靶基因的调控主要通过与mRNA的3′UTRs碱基互补配对来实现,具体的方式则取决于匹配的程度。目前认为miRNA一般采用两种机制调控基因的表达。其中一种机制类似RNA干扰(RNAi)中的siRNA,即当miRNA序列与靶基因mRNA的3′UTR或编码区域完全匹配时,miRNA促使靶基因的mRNA发生降解,这一机制在植物中比较普遍,但在哺乳动物中也有少量发现。另一作用机制是miRNA不影响靶基因mRNA的稳定性,但通过与靶基因3′UTR的不完全匹配结合,影响靶基因mRNA的翻译,这在哺乳动物中较常见,但在植物中也有发现。MiRNA还可能通过将mRNA从胞浆中转移至P-body,从而调节靶基因表达水平。MiRNAs是一种广泛存在的对基因进行微调的分子,约占人类基因组的1%,不同的miRNAs对细胞生长具有不同的调控作用,相同的miRNAs对不同细胞株的调控作用亦不同。MiRNA通过调控靶基因的表达,对生物体发育、分化、增殖、凋亡、免疫调控等生理活动以及恶性肿瘤等疾病的发生进行精确调控。如miR-181参与B细胞的分化;miR-223参与粒细胞的分化;miR-17-92表达促进细胞的增殖;miR215和miR216在调控抗凋亡基因B细胞淋巴瘤/白血病2(Bcelllymphoma/leukemia2,Bcl2)水平上起重要作用;而且同一miRNA可以调控多个mRNA分子,不同的miRNA分子也可以协同调控同一mRNA分子。根据预测,人类细胞中约1/3的蛋白编码基因受miRNA的调控。因此,miRNA与它们的靶标分子组成了一个复杂的调控网络,控制细胞及个体的重要生命活动。MiRNA在物种间具有较高的保守性、时序性和组织特异性,提示miRNA可能参与决定细胞和组织的功能特异性。1.3mirnas靶点snps的存在状况SNP是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性,即指基因组内特定核苷酸位置上存在两种以上不同的碱基,其中最少一种在群体中的频率>1%。它是人类可遗传的变异中最常见的一种,占所有已知多态性的90%以上。在人类基因组中发生频率约为1/100～1/1000,推测SNP的数量达到300万～3000万。具有数量多,分布广泛;适于快速、规模化筛查;突变率低,稳定性好等优点。被称为继限制性酶切片段长度多态性和微卫星重复序列之后的“第3代遗传分子标志”。存在于pri-miRNAs,pre-miRNA或成熟miRNAs基因序列中的SNP能够潜在地影响miRNAs调节细胞功能网络。最近几个研究组对人miRNAs基因及其靶位点的生物信息学分析或实验,验证了SNPs的存在,在6%～10%的pre-miRNA中存在SNPs,但成熟型的miRNAs几乎没有SNPs。MiR-125a是一个特例,在成熟型miR-125a的第8位核苷酸上存在一个SNP位点,有一个G/U的突变,这个位点的突变不仅减弱了对靶基因翻译的抑制,而且能够明显地干扰pri-miRNA到pre-miRNA的加工过程。MiRNA的多态性如同一把双刃剑。通过增加或破坏靶标mRNA中的miRNAs结合位点,导致miRNA功能的获得或缺失。在人类中突变产生了大约2500个潜在的miRNAs结合位点,也破坏了大约2500个miRNAs结合位点。哺乳动物进化过程中,在实验证明或预测的miRNAs靶位点中,大约存在400个高度保守的SNPs,其中已经证实的143个人miRNAs靶基因中的9个共含有12个SNPs。对肿瘤和正常组织的表达序列标签(expressedsequencetag,EST)数据库和单核苷酸多态性数据库(singlenucleotidepolymorphismsdatabase,dbSNP)数据库进行miRNAs靶点SNPs分析后发现,癌症组织中有12个miRNAs的靶点SNPs呈现显著的异常等位基因。因此,存在于miRNAs靶点的SNPs不但影响miRNA靶分子的表达和功能,并且可能与癌症相关。人类雌激素受体α(estrogenreceptorα,ERα)的3′UTR区域存在一个SNP位点,为miR-206的种子互补区域,由C→T的突变能够增强miR-206对其靶点的抑制效果。这些结果表明,miRNA基因或靶点及其邻近靶点区域的突变对miRNA的生物合成和靶点选择及抑制效应具有重要的意义。2mir-133a和snp的关系MiRNA的单核甘酸多态性与不同类型的癌症有关。对慢性淋巴细胞瘤患者的研究发现,miR-15a/miR-16的初级转录体中C→T的突变与miR-15和miR-16的表达下调相关。最近研究还发现hsa-mir-196a2中的rs11614913SNP与非小细胞肺癌的生存有关。Hsa-mir-196a2中的rs11614913单核苷酸多态性可能是非小细胞肺癌的预后标志物。Hu等研究发现在miR-499中rs11614913(T→C)和A→G(rs3746444)的突变与增加乳腺癌易感性关系密切。ERα基因的3′末端非翻译区的C→T(rs93410170)的miRNASNP变化会影响miR-206介导ERα的调控且与乳腺癌相关。与miR-146a和miR-146b结合的外显子结合区域的关键部位出现突变(2607G→C),从而导致Kit转录下调和Kit蛋白水平低下,促进乳突状甲状腺癌的形成。在Kit基因中miR-221/222的结合位点的SNP可以使Kit蛋白的表达下调,从而导致乳头甲状腺癌。流行病学数据显示,miRNA相关的遗传变异与膀胱癌的发生有关。约4.7%的乳头甲状腺癌的发生是由于pre-miR-146a中的G→C(rs2910164)的突变所引起。MiR-146a前体的突变会影响miRNA的表达,导致乳头甲状腺癌的遗传易感性,且通过体细胞突变在肿瘤发生中发挥作用。初步显示,这些结果是通过SNP影响靶基因的表达来实现的。Landi等研究发现,miR-582中的两个突变[CD86中的rs17281995和胰岛素受体(insulinreceptor,INSR)中的rs1051690]与增加结肠直肠癌的风险有关。目前已确定了miRNA的SNP在疾病中的作用。例如,miRNAs的SNP在癌症中的作用已经得到证实,miR-125a在成熟的miRNA中有一个变异基因的SNP已在乳腺癌中得到证实;同时发现SNP干扰Let-7调控已知的原癌基因是影响非小细胞肺癌的易感性的一种新模式,通过进一步研究确定在所有癌症中类似的SNP的类型。最近,Guo等研究发现位于pre-miR-146a功能的SNP可能有助于食管癌的易感性和临床疗效。Sun等首次证明,一个位于hsa-miR-27a共同的多态性(rs895819),通过调节miR-27a和ZBTB10水平作为胃癌易感性的重要因素之一。Tchatchou等针对乳腺癌发病风险,选择了11个miRNA靶位点做SNP分析,结果发现雌激素受体1存在1个SNP位点(rs2747648),等位位点C与miR-453结合紧密,而T降低与miR-453的结合。后者引起雌激素受体1高表达,导致乳腺癌发病风险增加。Landi等应用生物信息学方法分析了104个与结肠癌发生相关基因3′非编码区的多态,并应用PicTar,DianaMicroT,miRBase,miRanda,TargetScan和microInspector软件,结合数据库分析其miRNA结合位点,结果在miRNA结合位点鉴定了57个SNP,其中CD86基因C/G多态(rs17281995)与捷克人群的结肠癌发生有关。3mirna基因突变肿瘤治疗的主要障碍是肿瘤细胞的耐药。肿瘤细胞耐药性形成因素主要包括:药物靶标的突变或过表达、使药物失去活性以及使细胞内药物减少等。其中,一个常见的原因是MDR1基因的活化而导致的P-糖蛋白(P-gp)的过表达。P-gp的过表达可导致肿瘤细胞对结构和功能不同的化疗药物产生广泛的耐药性。随着研究的深入,miRNA的遗传变异对耐药基因具有一定的调节作用。MiRNA突变包括影响miRNA正常功能的各种基因变异,可以纯合或杂合的形式存在。在人类基因组中导致miRNA功能增强或减弱的各种突变形式包括插入、扩增、缺失、转置和单碱基突变等。这些突变可以分为3类:影响miRNA生物合成的基因突变(如pri-miRNA和pre-miRNA的突变、成熟miRNA的突变、Drosha、Dicer及Exportin5-RanGTP的突变等)、miRNA靶基因的突变(包括miRNA结合位点及附近序列的突变)以及影响miRNA基因正常表观遗传学调节(如甲基化和乙酰化)的突变。MiRNA突变通过改变药物吸收、代谢、分布和药物靶标修复、细胞凋亡等通路中基因的表达水平而影响药物的临床效果。研究表明,成熟miRNA种子区(seedregion)及其靶mRNA上的结合位点处发生的单碱基突变可影响二者的正常配对并导致miRNA功能失常。但Saunders等通过分析SNP公共数据库指出,与靶基因mRNA的3′UTR区相比,miRNA基因的单碱基突变概率很低(低于1%)并接受自然选择,其中种子区发生单碱基突变的miRNA只有3个,因此目前关于miRNA基因突变的报道较少。靶mRNA的3′UTR区虽然是非编码蛋白区,却包括了miRNA、胞质多腺甘酸化元件及多种蛋白复合体的结合位点,对基因表达起到重要的调节作用。Lu等报道胸苷酸合成酶3′UTR区6个碱基的缺失突变与胃癌病人对氟脲嘧啶的化疗敏感性有关,但具体机制尚不清楚。有研究报道miRNA多态性会影响药物反应和潜在的赋予耐药。最近研究