-
实用
中国科学
C
辑
:
生命科学<
/p>
2009
年
第
39
卷
第
1
期
:
109
113 .scichina. na. 109
《中国科学》
杂志社
SCIENCE
IN CHINA PRESS Micro
RNA
作用机制
研究
的新
进展
爽
默
芳
中国科
学院生命科学
研究
院
生物化学与细胞生物学
研究
所
分子生物学国家重点实验室
200031
联系人
E-mail:
.
收稿日期
: 2008-09-04
接受日期
: 2008-11-28
国
家重点基础
研究
发展计划批准号
: 2005CB724603
和国家自然
科学基金批准号
:
30770474
资助项目
摘要
microRNAmiRNA<
/p>
是一种非蛋白质的新型基因表达调控因子
对真核生物基因表达起非常重要的调控作用
.
关于
miRNA
的
功能
及
作用机制方面的
研究
是当前生命科学
研究
的前沿
热点
研究
人员陆续提出了一些假说模型
<
/p>
诸如翻译起始抑
制、翻译起始后抑制、
m
RNA
降解、
P
小体
< br>Processing Body
SGStress Granules
颗粒扣押靶
mRNA
等来阐述
miRNA
如何
抑制其靶基因的表达
.
此外
最近还有文献报道了一些全新<
/p>
的
miRNA
作用方式
< br>
如去抑制和
miRNA
激活作用等
.
本文
< br>将简要介绍一些
miRNA
作用机制
研究
的新
进展
及
< br>相关作用
模型
.
关键词
miRNA
负调控
去抑制
正调控
P
小体
SG
颗
粒
<
/p>
准确的基因表达调控对生物体的生长发育和
功能
< br>至关重
要
基因表达调控异常是疾病发生的主要原因
.
在过去的数
十年间
< br>对基因表达调控的
研究
主要集中在蛋白质转录因子
介导的基因表达调控方面
.
研究
发现
它们通过激活或抑制基
文档
实用
因转录控制基因的表达
在基因组信息转化为分子效应和生
物效
应过程中发挥着重要的作用
.
最近
在动、植物
及
病毒
等生物中发现了一系列小分子非编码
RNA small noncoding
RNA
包括
miRNAmicroRNA siRNA small
interfering RNA
piRNApiwi-interacting
RNA
和
esiRNA endogenous
siRNA
等
它们分别在转录水平、
转录后水平
及
表观遗传水平等方面控
制
基因的表达
组成了
RNA
调控网络
调控包括细胞增殖、
分化和凋亡等一系列生理进程
影响生物体的生长发育
并与
多种人类疾病的发生密切相关
1.
这些小分子
RNA
的发现
揭示了真核生物一种新的基因表达调控方式
. m
iRNA
是小分
子非编码
RNA
家族的重要成员
. miRNA
与
siRNA
共用生成
途径和作用途径中多种蛋白质
因子
.
但二者也有一些明显的
区别
如
siRNA
主
要是由外源提供的小分子
RNA
通过
引发
靶
mRNA
的切割负调控靶基因的
表达
而
miRNA
< br>是基因组编
码的源性小分子
RNA
通常在翻译水平负调控靶
mRNA<
/p>
的
表达
. miRNA
< br>基因由
RNA
聚合酶Ⅱ或
/
和Ⅲ
转录
23.
动物
miRNA
加工成熟一般需要两个
RNase
Ⅲ家族酶——
Drosh
a
和
Dicer
参与
< br>.
最近发现
AgoAr- gonaute
蛋白在
miRNA
加工
成
熟中也发挥作用
4. miRNA
调控是通过
< br>RNA
诱导基因沉默
复合物
RN
A- induced silencing complex
RISC
完成的
复合物
的核心成员是
Ago
家族蛋白
还有一些
< br>功能
未知、非
RISC
核酸酶活
性必需的蛋白成分
如
FXRP
RNA
解旋酶等
也存
文档
实用
在于复合物中
56.
通常认为
miRNA
与
Ago1
结合
组成
miRNA
效应器复合物
miRNA- RISC miRISC
执行靶
mRNA
翻译抑制
而
siRNA
与
Ago2
结合
组成
siRISC
执
行靶
mRNA
降解
7.
最近有人对这种
miRNA/siRNA
分选模型进
行了校正
认为
miRNA/siRN
A
都可以被
Ago1
或
Ago2
结合
89
这为
miRNA
介导切割提供了可行性
.
过去认为
Dicer
生产的
miRNA: miRNA
双链
miRNA
作为向导链被组装入
miRISC
互补链
miRNA
则被迅速降解
< br>.
但最
爽等
: MicroRNA
作用机
制
研究
的新
进展<
/p>
110
近
研究
发现
虽然
miRNA
种类不如对
应的
miRNA
丰富
但它们常常以适当的生理水平存在
并
同
样可以被
Ago
蛋白结合
10. miRNA
主要是通过
5
′端被称为
种子序列
Seed
Sequence
的
7
nt
序列与位于靶
mRNA 3
′
UTR
的
miRNA
调控元件
miRNA Regulatory Element
MRE
相互作
用
识别靶
mRNA11.
一些靶
mRNA
的其他特征
如
MRE
附
近富含
AU
序列、靶
mRNA
与
miRN
A
的
1316
位碱基配对、
MRE
距离终止密码子
15 nt
以外、
不位于长
3
′
UTR
的中间、
邻近共表达
miRNA
的识别位点等
可增加
miRNA
的作用效
率
12. miRNA
与靶
mRNA
之间的配对程度决定了
miRISC
抑
制靶
mRNA
的方式
:
高度配对的
miRNA
如大部分植物
miRNA
将通过类似
于
siRNA
的作用机制
导致靶
mRNA
切
割和降
解
相反
在
动物部分
miRNA
与靶
mRNA
不完全配对
则可能是通过翻译抑制发挥作用
.
在过去的几年间
研究
者陆
文档
实用
续提出了一些不同的、甚至互相矛盾的假说模型
来解释
miRNA
如何抑制其靶基因表达
.
但对
miRNA
准确
的作用机
制
目前还没有统一的观点
.
本文将简述
miRNA
作用机制
研
究
的新
进展
及
miRNA
的一些新
功能
. 1
miRNA
翻译起始抑制
机制
关于
miRNA
翻译起始抑制机制目前主要有
3
种观点
:
第一种观点认为
miRNA
可能通过抑制全能性核糖体的组装<
/p>
而阻断翻译起始
13.
因为
研究
发现被
miRNA
沉
默的
mRNA
没有或鲜有偶联完整的核糖体
部分
研究
者认为
miRNA
可能
通过抑制全能性核糖体的组装而阻断翻
译起始
13.
这种观点
被至少两个新近的证据支持
:
Thermann
等人
14
在一个体外
研
究
中发现
果蝇的
miR-2
抑制全能性核糖体的
前体
-48S
翻译
复合物的组装
该复合物添加
60S
亚基后即形成全能性核糖
体
Che
ndrimada
等人
15
发现
EIF6
是一种可以抑制核糖体
40S
和
60S
亚基结合
、
阻断
80S
全
能性核糖体形成的蛋白
与
Ago/RISC
直接相互作用
并且在哺乳动物和线虫中
缺失
EIF6
影响
miRNA
介导基因沉默
.
然而
RISC
是否通过与
EIF6
< br>相互作用诱导
40S
和
60S<
/p>
核糖体解聚还有待于进一步的
研究
.
第二种观点根据
miRNA
抑制要求靶
mRNA m7G
帽
子的存在
认为
miRISC
可能抑制翻译起始复合物的形成
1316.
这个假说最近也找到了一些新证据
:
研究
者在一个体
外系统中发现
增加
eIF4F
复合物含有
< br>m7G
帽子结合蛋白、
翻译起始因子
< br>eIF4E
水平可回复
miRNA
翻译抑制
17
与之一
文档
实用
致的是
另一个
研究
组
18
发现
Ago2
中间结构域类似于
eIF4E
具有结合
m7G
帽子的活性
推测经
< br>miRNA
招募到靶
mRNA
3
′
UTR
的
Ago2
与起始复合物
eIF4E/G
竞争结合
m7G
帽子
从而抑制翻译起始复合物的形成
.
此外
miRNA
还可能通过
阻止
polyA
结合蛋
白
poly A binding protein PABP
与
mRNA
结合影响翻译起始
. W
akiyama
等人
19
发现
miRNA
引起靶
m
RNA
脱腺嘌呤反应
deadenylation
导致
mRNA
的
polyA
尾
巴缩短
但
mRNA
的稳定性似乎
并不受影响
只是
polyA
尾巴
缩短使
PABP
结合
mRNA
受阻
从而影响了翻译起始
. 2
miRNA
翻译起始后抑制
虽然上述证据支持
miRNA
抑制翻
译起始
但也有
研究
发现
一些被
mi
RNA
抑制的
mRNA
与翻
译活跃性的多核糖体偶联
说明有一些
miRNA
的抑制作用不
是发生在翻译起始
2021.
此外
Petersen
等人
22
发现
经部核
糖体进入位点
Internal
Ribosome En-try Site
IRES
起始、不依
赖于
mRNA m
7G
帽子的翻译也可以被
miRNA
抑
制
这进一
步证明
miRNA
抑制是发生在翻译起始之后
.
虽然这些
研究
证明了
miRN
A
沉默作用确实是发生在翻译起始后、新生多
肽完成前
但关于
miRNA
究
竟如何在翻译起始后发挥抑制作
用
目前还没有一致的结论
.
研究
者推测
miRNA
可能引起新
生多肽链的翻译同步降解
21
或者是在翻译延伸过程中
miRNA
引发大量的核糖体脱落
及
高频次的翻译提前终止
产
生的不完
整多肽产物则被迅速降解
22. 3 miRNA
介导
mRNA
文档
实用
衰减
Wu
等人
23
首先发现
miRNA
可以诱导与之不
完全配对
靶
mRNA
的衰减
下调靶
mRNA
的水平
.
这种
miRNA
< br>诱导
mRNA
衰减的作用机制被随后的证据所支持
24
如在斑马鱼
的早期胚胎发育中
miR-430
控制母本
mRNA
的代谢
表明
miRNA
介导的
mRNA
衰减机制具有生理学意
义
25.
与之一
致的是
Ago
蛋白被发现定位于细胞中降解
mRNA
的
RNA
颗
粒
RNA
中国科学
C
辑
:
生命科学
2009
年
第
39
卷
第
1
期
111 granules
如
P
小体
processing
bodies
中
这些
RNA
颗粒中
包含常规的
mR
NA
降解酶
如脱腺嘌呤酶、脱帽酶、核酸外
切酶等
提示这些
mRNA
降解酶可能参与
miRNA
介导的
mRNA
衰减
2627.
此外
miRISC
的核心成分——
Ago
家族蛋
白有多种异构体
其中一些成员的切酶活性也可能协助
miRNA
介导的
mRNA
的切割和
/
或衰减
2428.
总之
这些证据
都表明
miRNA
可以直接或间接介导靶
mRNA
的降解
这改
变了最初认为的
miRNA
调控仅翻译抑制作用的观点
. 4 RNA
颗粒扣押、降解或储存靶
mRNA
胞浆的
RNA
颗粒
如
P<
/p>
小
体和
SGStress Gran-
ules
颗粒
在转录后水平的基因表
达调控
中具有重要的作用
它们是细胞储存处于翻译抑制状态
mRNA
的场所
.
在此
mRNA
被降解或
/
和释放重新进入翻译
机器
29. P
小体含有多种
mRNA
衰减机器的组分
被认为是细
胞的
mRNA
代谢场所
SG
颗粒特异性地在受胁迫条件下形
成
因此被命名为胁迫颗粒
Stress Granule.
从组成成分看来
文档
实用
SG
颗粒更倾向于沉默
mRNA
翻译
而不降解
mRNA. P
小体
和
SG
颗粒常常彼此并列
动态关联
二者含有一些相同的组
分
如帽子结合蛋白
eIF4E
和翻译抑制子
rck/p54
但它们的成
分并不完全相同
暗示可能有
功能
差别
.
因为发现它们与
miRNA
作用相关联
可能是
miRNA
< br>的胞作用场所
这两种
RNA<
/p>
颗粒最近受到特别关注
.
一些证据表明
在
miRNA
存在
下
miRISC
中的核心组分
及
与
miRISC
结合的
mRNA
定位于
P
小体和
S
G
颗粒中
262730.
而且
有证据表明
P
小体的形成
与
RNA
沉默相关联
抑制
P
小体的形成将抑制
miRNA
介
导
的翻译抑制
反过来
抑制
RISC
也同样抑制
P
小体的形成
更
值得注意的是
一些
研究
证明
siRNA/miRNA
都可以在哺乳
动物细胞和果蝇细胞中诱导
P
小体的形成
31.
鉴于
P
小体和
SG
颗粒的在联系
可以推
测
P
小体和
SG
颗粒可能执行相互
联系但又不同的
功能
.
推测被
miRISC
结合的
mRNA
进入
P
小
体和
SG
颗粒中
即被这些
RNA
颗粒中的翻译抑制子剥夺
< br>了与核糖体和翻译机器结合的可能性
从而使
mRNA
处于翻
译抑制状态
达到了基因沉默的目的
.
但是
扣押的
mRNA
下
一步命运如何尽管不少的证据支持
< br>miRNA
介导靶
mRNA
的<
/p>
衰减
但也发现
在很多情况下
miRNA
仅降低了靶基因的蛋
白水平
靶基因的
mRNA
水平却无明显变化
.
这使得我们有
理由推测
在靶
mRNA
被扣押到
RNA
颗粒解除翻译后
可能
随即会进行一个
mRNA
衰减或储存的分拣步骤
. P
小体和<
/p>
SG
文档
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：LDO介绍-华为内部员工培训资料
下一篇：钢琴小知识