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小分子RNA——microRNA综述
作者:未知 来源:生物秀 时间:2005-7-9

    miRNA的作用方式
        最早被发现的两个miRNAs——lin-4 and let-7被认为是通过不完全互补结合到目标靶mRNA 3’非编码区端,以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制,进而抑制蛋白质合成,阻断mRNA的翻译。多个果蝇miRNAs也被发现和他们的目标靶mRNAs的3’非编码区有部分同源。由于miRNAs和其潜在的目标靶之间并非完全互补,这使得通过信息学的方法鉴定miRNA的目标靶位点变得困难。因而也无法确定miRNAs的作用方式是什么,以何种机制影响mRNA的翻译,以何种方式调控基因表达。miRNAs的作用目标靶和活性机制一直是各地的研究人员的关注热点。
        在植物中目前有一个miRNA和3个潜在的目标靶基因完全互补(这些scarecrow 基因编码潜在的转录因子),尽管目前还不清楚这些基因是否就是miRNA的目标靶,这仍是第一次发现miRNA 和其潜在的目标靶完全互补,也提示miRNA可能包含和siRNA类似的作用方式。

    识别 miRNAs的方法
        多个研究小组采用生物化学结合是生物信息学的方法开展对miRNAs的研究工作。由于据推测都是由Dicer酶降解RNA得到的,21—23个碱基大小、有5’端磷酸基和3’羟基的RNA片断,有的实验室采用改良的定向克隆方法来筛选具有相同特征的小分子——筛选一定大小的RNA分子,连接到3’和5’的适配子(adapters),逆转录并通过PCR扩增、亚克隆并测序。miRNA前体在基因组上的定位和聚类是通过向基因组数据库查询进行。这个方法有助于判断miRNAs是否是mRNAs、tRNAs、rRNAs等分子的降解产物。
        有的实验室通过一种RNA folding program ’mfold’  来判断C. elegans 和C. briggsae 之间的高度保守区域是否含有潜在的miRNA前体,然后用Northern Blots的方法来确定这些miRNAs是否真的表达了。
        尽管有数百个miRNAs通过生化或者是生物信息学的方法被鉴别出来,已经鉴别出来的miRNAs只不过是沧海一粟,由于很多已经鉴别出来的miRNAs是从单个克隆中鉴别出来的,所以可以假设还有很多miRNAs在分离和鉴定过程中被“漏掉”了,测序工作还远远不够。

    miRNA和siRNA的关系
        miRNA和siRNA之间的关系令人迷惑。从表面上说,一个是非编码的单链小分子RNA,在进化上高度保守,通过翻译抑制调控基因表达而不影响转录本的稳定性;另一个是针对编码区的双链小分子RNA,每个转录本都可能有很多个siRNAs,是通过降解目标靶,在转录后调控基因表达。由于每个mRNA模版可能产生很多个siRNAs,要给每个siRNA定一个基因的名字就很困难。miRNA是进化进程中高度保守的,因此给直向同源物一个同样的名字可能有助于了解他们的功能,而给另一个物种中一段无关的序列一个同样的名字就容易造成混乱。
        然而,据推测miRNAs通常是由较大的(70­90 nt)的茎环结构(发夹结构)前体经Dicer酶切割得到的,而Dicer同样负责将长双链RNA切割为siRNA,而且二者的长度也差不多,同样有调控基因表达功能。因而这两类小分子RNA之间的关系格外令人关注。
       两个广为人知的miRNA——在线虫中首次发现的lin-4 和let-7,可以通过部分互补结合到目的mRNA靶的3’非编码区(3’UTRs),通过一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制从而抑制蛋白质合成。这种结合并不诱导mRNA靶的降解,就是说作为翻译抑制子本身不影响对应mRNA的丰度,其原因据推测是由于miRNA和结合位点之间不完全互补。这就区别于siRNA的介导的mRNA的降解。但是其他一些miRNAs可能以类似siRNA的方式介导目的RNA的降解。实验表明引入和let-7目的mRNA靶完全互补的miRNA会诱导mRNA靶的降解。还有实验结果表明一些miRNA,包括在植物中发现的Scarecrow miRNA,能结合完全互补的mRNA链从而降解mRNA序列,抑制蛋白合成。这提示miRNAs可以和siRNAs一样作用,这两种小分子RNA作用通路可能有重叠的部分。这种重叠同样提示siRNAs可能也有和miRNAs同样的功能。
        一个很有趣的实验证实这个观点:Doench和同事挑选一个已知在体内可以有效使CXCR4基因沉默的siRNA,然后在荧光素酶报告基因的3’端插入对应的CXCR4结合位点——其中一个拷贝是插入一个完全匹配的CXCR4结合位点,另一个拷贝插入4个只有3’和5’端匹配,而中间不同的CXCR4结合位点,这样选定的siRNA就不能完全结合到这个结合位点——中间形成一个突起的不匹配的环。将这两个拷贝转入Hela细胞并用siRNA诱导基因沉默。结果很有趣——两个实验都录得荧光素酶活性下降了超过10倍,RT-PCR和Northern分析证实,第一个实验的荧光素酶转录本下降了超过10倍,这正是正常的siRNA介导的RNAi反应,目标靶mRNA降解导致表达水平的下降,而第二个实验中荧光素酶转录本仅仅下降1.2倍,这种目的基因表达水平下看起来象源于miRNA介导的翻译抑制降,而不是siRNA介导的影响mRNA的稳定性导致。实验表明:siRNA可能以miRNA的方式作用于mRNA。实验人员还进行了另一个实验:改变第二个实验中的不匹配环的碱基序列看起来不影响抑制效果,但是siRNA和报告基因上的结合位点的匹配程度越高抑制效果越好,增加siRNA的量,抑制效果越好——这一点和siRNA抑制的情况一样——唯一不同的是:完全匹配的结合位点(siRNA作用方式)可以单独起作用而相互不影响,而增加不完全配对的结合位点(注意在第二个实验中用了4个CXCR4结合位点)的个数对翻译抑制有显著的加乘作用。
        在哺乳动物细胞中还没有找到内源的siRNA,外源的siRNA介导的RNAi作用正是一种抵御机制。而miRNAs则广泛存在于哺乳动物细胞中,从理论上推测可能参与多种调控作用。这两种小东西的作用机制和相互关系的本质就显得更加扑朔迷离。如何在实验中正确鉴定siRNA和miRNA,甚至是其他的小分子RNA都成为一个值得关注的问题。

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