microRNA与mRNA不同位点结合后的生物学效应研究进展
2020-10-20
来源:爱问旅游网
山东医药2017年第57卷第3O期 microRNA与mRNA不同位点结合后的 生物学效应研究进展 伍华东,丁颖,徐广峰 (中国人民解放军第82医院,江苏淮安223001) 摘要:microRNA(miRNA)是一类单链非编码小RNA,主要参与功能基因的转录后调控,具有广泛、多样的生物 功能,在真核生物体内对基因表达具有重要的调控作用。miRNA既可以抑制编码基因mRNA的表达,又可以激活 mRNA的作用;既可以在细胞质中作用于mRNA的不同区域,也可以返回细胞核中发挥重要的生物学功能;同一个 miRNA不一定只是一种作用模式,它可以同时作用于3 UTR、5 UTR和ORF区域。在细胞质中,miRNA通过与 mRNA 3个区域中存在的识别位点互补配对并结合一些辅助蛋白发挥作用;在细胞核中,miRNA通过与lncRNA的 相互作用起到调节基因功能的作用;miRNA还可与DNA的启动子序列相结合,诱导基因转录与翻译。 关键词:microRNA;3 非翻译区;5 非翻译区;启动子;开放阅读框 doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2017.30.036 中图分类号:R318 文献标志码:A 文章编号:1002—266X(2017)30-0111-03 microRNA(miRNA)是一类内生的、长度20—24 点结合而发挥不同的生物学功能。一个转录本的总 个核苷酸的单链非编码小RNA 。首次确认的 miRNA是在线虫中发现的lin4和let一7,随后在人 类、果蝇、植物等多个物种中鉴别出数千条miRNA。 在动物细胞核内原始转录本的转录初产物称为 一 miRNA,长度为300—1 000个碱基;pri—miRNA经过 体结构由5 非翻译区(5 UTR)、开放阅读框(ORF) 和3 非翻译区(3 UTR)组成。miRNA不仅能够识 别某个区域的结合位点,而且可以在mRNA的3个 区域中都存在识别位点 J。在动植物中,miRNA与 Drosha酶剪切后,成为pre.miRNA即前体miRNA, 长度为7O~90个碱基;pre—miRNA通过核输出蛋白 exportin5转运至细胞质中,再经过Dicer酶剪切后, 成为长度20~24个碱基的成熟miRNA,成熟miR— 靶标基因结合后通过不同的方式发挥生物学功能, 在动物中主要通过抑制mRNA翻译发挥作用,在植 物中主要通过降解mRNA发挥作用 。 1.1 miRNA与mRNA 3 UTR结合后的生物学效应 与mRNA 3 UTR结合是miRNA最主要的作用模 NA通过调控靶基因发挥生物学功能 J。人类整个 染色体中约有2%韵基因能够编码蛋白质,其中 60%以上的功能基因受到miRNA的调控。miRNA 参与了生命过程中的一系列重要进程,包括早期发 育、细胞增殖、细胞凋亡、细胞死亡、脂肪代谢和细胞 式。3 UTR在mRNA转录后修饰、细胞内定位及转 运、维持mRNA稳定性及保证翻译的效率等方面都 具有重要的调控功能。在细胞质中,miRNA首先结 合到RNA诱导的沉默复合体(RISC)上,然后进一 步与mRNA的3 UTR种子序列互补配对结合,使得 RISC结合到mRNA上,从而导致mRNA的翻译抑 制或降解。。 。 miRNA lin4最先在线虫中被发现。在线虫发 育的幼体期,lin-14蛋白表达是必不可少的,但随着 线虫的发育而逐渐消失 7,8J。miRNA lin-4可与mR- NA lin.14的3 UTR互补结合,促使1in一14蛋白表达 下降,因此lin一14蛋白随着线虫的发育而逐渐消失。 分化等诸多方面 J。同一个miRNA可以调控多个 不同的基因,几个不同的miRNA组合也可以精细调 控某一个基因。由于miRNA存在的广泛性和多样 性,提示miRNA可能具有非常广泛多样的生物功 能。据推测,miRNA在真核生物体内对基因表达的 调控作用可能与转录因子一样重要,其可能是一种 新的基因表达调控方式。本文就近年来关于miR— NA与mRNA不同位点结合后的生物学效应研究进 展综述如下。 1 miRNA与mRNA细胞质中作用位点结合后的 生物学效应 miRNA可以与靶标mRNA不同区域的识别位 这种作用方式是miRNA最主要的作用方式。一些 经典的miRNA如miR一1、miR一21、miR-26、miR一143, 均可通过这种方式来抑制基因的转录和蛋白的表 达。miR.130b在胶质瘤中的表达明显增高,PPAR一 的3 UTR能与miR-130b特异性结合,降低E一钙黏 1 1 1 山东医药2017年第57卷第30期 素(E—cadherin)水平,升高B.连环蛋白水平,促进体 内胶质瘤的增殖与侵袭 J。 除了抑制作用外,miRNA靶向3 UTR也具有激 活转录增加表达的作用。其主要是通过与RNA结 mRNA的ORF靶向结合降低其蛋白的表达,从而促 进肿瘤的进展 J。还有报道显示,在果蝇ORF中 存在的miRNA结合位点与3 UTR中存在的结合位 点一样普遍,甚至更多 引。表明ORF区域确实存 在许多miRNA的作用位点。 2 miRNA与mRNA细胞核中作用位点结合后的 生物学效应 合蛋白(RBP)竞争结合3 UTR的AU富集区域,从 而防止mRNA的降解。miR-4661可以竞争性结合 IL—l0的3 UTR的Au富集区域,此区域是典型的 RBP结合位点,而锌指蛋白36(rI11P)是一个经典的 miRNA的经典作用模式是成熟后在细胞质中 RBP,其可介导IL一10 mRNA的快速降解。miR-4661 的效应就是绑定到IL一10的Au富集区域,防止 抑制mRNA的翻译,或是降解mRNA而发挥生物学 作用。但最近研究表明,miRNA的功能更为广泛。 IL一10 mRNA降解,从而延长mRNA的半衰期,提高 IL 10表达ElO]。 1.2 miRNA与mRNA 5 UTR结合后的生物学效 应 研究表明,人类mRNA 5,UTR也存在miRNA 的作用位点,这种作用主要介导mRNA的降解。肿 瘤生长因子 (TGF—B)信号通路参与多种细胞生命 活动,包括细胞生长、分化、凋亡以及胚胎发育等, TGF一131 5 UTR存在miR.122的靶向位点,miR一122 下调可促进TGF—B,生成,加快肿瘤细胞增殖,缩短 患者的生存期¨¨。放疗是治疗鼻咽癌的首选方法, 而辐射抵抗会降低治疗效果。研究发现,miR-24可 通过直接绑定于Jabl/CSN5的3 UTR和5 UTR抑 制其翻译,从而抑制肿瘤生长,并增强肿瘤细胞的放 疗敏感性H 。因此miR-24可作为鼻咽癌细胞的肿 瘤抑制剂和辐射敏化剂。 miRNA作用于蛋白转录本的5 UTR也能促进 蛋白表达。miR-122是肝脏中含量较高的miRNA, 可结合丙型肝炎病毒(HCV)的5 UTR,在这一区域 存在HCV的内部核糖体进入位点,在病毒转录本失 去5’端帽子结构的前提下,miR一122便可通过激活 转录本翻译过程而调节病毒的生命活动周期 。 在一些儿科肿瘤中,胰岛素样生长因子-2(IGF-2)往 往高表达,而miR-483-5p可直接结合于IGF-2 mR. NA的5 UTR,从而促进RNA解旋酶的聚集,并激活 其转录和翻译 。 1.3 miRNA与mRNA ORF结合后的生物学效应 Fas相关因子1(FAF1)是与癌细胞凋亡相关的 基因,miR-24可与FAF1 mRNA的ORF的两个位点 结合,抑制其凋亡l1 。视网膜母细胞瘤基因1 (RB1)是一种肿瘤抑制因子,miR.181可作用于 RB1的ORF,在肿瘤的发展过程中起重要作用,虽 然miR一181也可结合到RB1的3 UTR,但这种作用 方式没有前一种的效果明显 。E.cadherin在乳腺 肿瘤发生过程中下调,而miR-221是其中一个重要 的调节因子。研究发现,miR-221通过与E-cadherin 11 2 长链非编码RNA(1ncRNA)是一类转录本长度超过 200 nt、不编码蛋白的RNA。在细胞核中,miRNA通 过与lncRNA的相互作用起到调节基因功能的作 用。核富集常染色体转录产物1(NEAT1)和肺腺癌 转移相关转录本1(MALAT一1)都是表达丰富、保存 完整的lncRNA。lncRNA具有连接miRNA的作用, 可以将各种不同的miRNA聚集到一起,共同发挥作 用 j。NEAT1是一种与肿瘤的发生和进展有关的 长链非编码RNA,研究表明,NEAT1基因中存在着 与miR一140的结合位点,miR.140在细胞质中加工 成熟后可以返回到细胞核中与NEAT1交互作用,调 节NEAT1基因的表达,从而进一步影响了脂肪源性 干细胞(ADSCs)脂肪形成的能力 。此外,MAL. AT一1是一种与非小细胞肺癌转移有关的指标,miR一 9也可返回细胞核中通过Argonaute蛋白作用于 MALAT-1,使其发生降解 J。 3 miRNA与mRNA其他作用位点结合后的生物 学效应 miRNA还可与DNA的启动子序列相结合。 miRNA可直接绑定于基因启动子区域,进一步招募 Ago蛋白,组成miRNA—Ago复合体,吸引组蛋白甲 基化转移酶,导致转录增强,从而上调目标蛋白的表 达。这种RNA介导的过程需要Ago2蛋白的参与, 且与组蛋白的甲基化有关。对这种模式的深入研究 可能对靶向治疗有重要意义_2 。另有研究表明, miR一373和pre—miR一373都可以诱导cadherin和cs— DC2基因表达,其作用方式也是通过与基因的启动 子区域的互补配对 。miRNA还可作用于基因的 增强子区域,通过影响增强子的表达情况,发挥调控 目的基因转录和蛋白表达的功能 2引。 综上所述,miRNA既可以抑制编码基因mRNA 的表达,又可以激活mRNA的作用;既可以在细胞 质中作用于mRNA的不同区域,也可以返回细胞核 中发挥重要的生物学功能;同一个miRNA不一定只 是一种作用模式,它可以同时作用于3 UTR、5 UTR 和ORF区域 。对miRNA生物学功能的不断探 索有助于开发更多的诊断工具,提供更好的治疗策 略。 参考文献: [1]Barrel DP.MicroRNAs:genomies,biogenesis,mechanism,and function[J].Cell,2004,116(2):281-297. [2]Cullen BR.Transcirption and processing of human microRNA pre. cursors[J].Mol Cell,2004,16(6):861-865. [3]Esteller M.Non-coding RNAs in human disease[J].Nat Rev Genet,201i,12(12):861-874. 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