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miRNA(microRNA)简介

简介

成熟的microRNA(miRNA)是一类天然生成的小型非编码RNA分子,长约21-25个核苷酸。microRNA与一种或多种信使RNA(mRNA)分子部分互补,其主要功能是以各种方式下调基因表达,包括翻译抑制,mRNA剪切和脱腺苷化。microRNA首先于1993年由Lee和他的同事1提出, 而microRNA这一术语是在2001年创造2。随后通过随机克隆和测序或计算进行预测,来自于各种生物体中的数以千计的miRNA已经得到鉴定。由桑格研究所创办的miRBase,提供了miRNA命名,序列数据,注释和目标预测信息。

miRNA生物合成

该图显示了细胞内的miRNA途径,即从细胞核中的基因编码,到mRNA裂解或翻译抑制

图 1.miRNA途径

编码miRNA的基因比经过处理的成熟miRNA分子长得多。已知许多miRNA位于其前mRNA宿主基因的内含子中,并共享其调控元件、初级转录物,并具有相似的表达模式。对于其他的miRNA基因——需要从其自身启动子转录的miRNA,这类miRNA已经鉴定出少数几个初级转录产物。microRNA通过RNA聚合酶II被转录为名为pri-miRNA的大型RNA先导物,并由5'端帽子和polyA尾部组成3。3pri-miRNA在细胞核中由微处理器复合物处理,该微处理器复合物由RNase III酶Drosha4和双链RNA结合蛋白Pasha/DGCR8组成5。得到的pre-miRNA长度约为70个核苷酸,折叠成不完美的茎环结构。然后pre-miRNA通过karyopherin exportin 5(Exp5)和Ran-GTP复合物输出到细胞质中6。Ran(ras相关核蛋白)是一种属于RAS超家族的小型GTP结合蛋白,对于RNA和蛋白质通过核孔复合体至关重要7。Ran GTPase结合Exp5并与pre-miRNA形成核异源三聚体6,8。一旦进入到细胞质中,pre-miRNA经过RNAse III酶Dicer9的另外处理步骤产生长度约为22个核苷酸的双链RNA。Dicer同时也启动了RNA诱导沉默复合物(RISC)的形成rev. in 10。RISC负责由于miRNA表达和RNA干扰而观察到的基因沉默11

Dicer的功能

Dicers是包含ATPase/RNA解旋酶,DUF283(功能域未知)域,PAZ(Piwi,Argonaut和Zwille)域的大型200kDa的蛋白质,其可以结合mi和siRNA的特征性双碱基3'突出端,两个催化性RNase III结构域(RIIIa和RIIIb)和C末端双链RNA结合结构域(dsRBD)。Dicer作为一种单体发挥作用,并具有一个处理中心,处理中心具有分子内二聚化的两个RNase III结构域。每个RNase结构域独立地切割双链体的一条RNA链以产生具有2-nt 3'突出端的产物。除了从pre-miRNA剪切得到miRNA之外,Dicer酶还将dsRNA加工成siRNA。在Dicer切割之后,miRNA的生成途径类似于动物中RNA干扰(RNAi)的主要步骤。与siRNA不同的是,microRNA可以指导RISC通过翻译抑制(基于miRNA和mRNA之间的较低互补性)下调基因表达,或者作为siRNA进行并介导mRNA切割。转录后机制的选择不是由沉默RNA(siRNA或miRNA)的来源决定的,而是由互补程度决定的。如果miRNA与其靶标完美或几乎互补,则可特异性切割靶mRNA。内源表达的miRNA通常与其靶基因不完全互补,并通过翻译抑制调节对基因表达的影响12

RISC复合体

当切酶切割pre-miRNA茎环时,形成两个互补的短链RNA分子,但只有一个会整合到RISC复合物中。RISC是含有Argonaute(Ago)家族蛋白质成员的核糖核蛋白复合物。Argonaute蛋白具有针对与其结合的miRNA片段互补的mRNA链的核酸内切酶活性。Argonaut还负责选择引导链和破坏随从链。所引入的链被称为引导链,引导链由argonaute蛋白根据其5'端的稳定性进行选择。称为随从链(*)的剩余链被降解为RISC复合物底物。dsRNA引导链的选择似乎主要基于dsRNA两端末端的稳定性13。双链体5'末端2-4 nt的碱基配对稳定性较低的链优先与RISC缔合,从而成为活性miRNA13。整合到活性RISC复合物中后,miRNA通过结合mRNA靶标的3'非翻译区(UTR)内的不完全互补位点发挥其调节作用。由miRNA的结合产生双链RNA,而双链RNA导致翻译抑制。

miRNA在研究中的应用

虽然miRNA在十年前首次被发现,但是直到最近,研究人员才开始了解这些调控分子的功能范围和多样性。越来越多的证据表明,miRNA表现出与细胞生长,发育和分化有关的各种关键调节功能,并与各种人类疾病有关。几个miRNA已被发现与癌症14,15和心脏病16有关。表达分析研究揭示了与正常组织相比肿瘤中miRNA表达受到干扰15。microRNA在乳腺癌,肺癌和结肠癌中失调,并在Burkitt's和其他人类B细胞淋巴瘤中上调。因此,人类miRNAs可能作为生物标记物会非常有用,特别是对于未来的癌症诊断,有关miRNA的研究正在迅速成为疾病干预领域的具有吸引力的研究方向。除了与癌症相关之外,microRNA还在控制心脏功能和功能障碍的多个方面中起重要作用。包括心肌细胞的生长,心室壁的完整性,收缩性,基因表达和心律的维持。研究表明miRNA的错误表达与多种形式的心脏疾病是具有绝对关联性的16

miRNA研究产品

不言而喻,miRNA研究具有很大的潜力,可能成为未来许多尖端医疗疗法的中坚力量。为了跟上各领域学者对miRNA日益增长的兴趣,Sigma对这个快速发展的研究领域跟进了强有力的资源投入,并正在为我们的客户开发全面的产品组合,包括miRNA分离,扩增,分析和功能分析。mirPremier microRNA 分离试剂盒 进一步完善了功能已经非常强大MISSION® RNAi 的产品线,其中包括了MISSION® siRNA, MISSION® miRNA mimics 和 shRNA 产品 和shRNA的产品等广泛的选择,同时也提供库试剂盒,基因检测试剂, 抗体 and AQUA™ 肽 用于蛋白质水平检测。支持整个实验流程的试剂,包括 细胞培养, 细胞生物学化合物 和分析工具,转染试剂等等)

miRNA 产品

MISSION®人类miRNA 模拟物

人类miRNA模拟物库试剂基于MirBase ver.21。包装形式可为库试剂板(96孔板格式,0.25 nmol/孔)和单独的管样品(5 nmol)。该新型MISSION® miRNA模拟物设计已针对天然miRNA靶标的敲低效率进行功能测试,并降低了可能的脱靶效应。

MISSION® 目标 ID库

MISSION®目标ID库可以使得台式转录组范围内的人类miRNA和ncRNA基因得以识别。利用创新的双阳性选择系统,可以以最少的时间,试剂或资本设备费用,为任何研究人员提供快速的全转录miRNA和ncRNA基因目标筛选。

MISSION® 3′UTR Lenti GoClone由SwitchGear Genomics™提供支持

我们已经与SwitchGear Genomics公司合作提供了MISSION® 3′UTR Lenti GoClone的全基因组收集。人3'UTR基因与SwitchGear的新型RenSP报告基因融合,新系统利用病毒载体传递人3'UTR基因。LightSwitch萤光素酶测定试剂专门设计用于RenSP,并提供最大灵敏度,动态范围和方便性。

参考文献

1.
Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. 1993. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 75(5):843-854. https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-y
2.
Ruvkun G. 2001. MOLECULAR BIOLOGY: Glimpses of a Tiny RNA World. 294(5543):797-799. https://doi.org/10.1126/science.1066315
3.
Lee Y, Kim M, Han J, Yeom K, Lee S, Baek SH, Kim VN. 2004. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 23(20):4051-4060. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7600385
4.
Han J. 2004. The Drosha-DGCR8 complex in primary microRNA processing. Genes & Development. 18(24):3016-3027. https://doi.org/10.1101/gad.1262504
5.
Denli AM, Tops BBJ, Plasterk RHA, Ketting RF, Hannon GJ. 2004. Processing of primary microRNAs by the Microprocessor complex. Nature. 432(7014):231-235. https://doi.org/10.1038/nature03049
6.
Yi R. 2003. Exportin-5 mediates the nuclear export of pre-microRNAs and short hairpin RNAs. Genes & Development. 17(24):3011-3016. https://doi.org/10.1101/gad.1158803
7.
Moore MS, Blobel G. 1993. The GTP-binding protein Ran/TC4 is required for protein import into the nucleus. Nature. 365(6447):661-663. https://doi.org/10.1038/365661a0
8.
Lund E. 2004. Nuclear Export of MicroRNA Precursors. Science. 303(5654):95-98. https://doi.org/10.1126/science.1090599
9.
Bernstein E, Caudy AA, Hammond SM, Hannon GJ. 2001. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature. 409(6818):363-366. https://doi.org/10.1038/35053110
10.
Hammond SM. 2005. Dicing and slicing. 579(26):5822-5829. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2005.08.079
11.
Hammond SM, Bernstein E, Beach D, Hannon GJ. 2000. An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells. Nature. 404(6775):293-296. https://doi.org/10.1038/35005107
12.
Filipowicz W, Jaskiewicz L, Kolb FA, Pillai RS. 2005. Post-transcriptional gene silencing by siRNAs and miRNAs. Current Opinion in Structural Biology. 15(3):331-341. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2005.05.006
13.
Schwarz DS, Hutvágner G, Du T, Xu Z, Aronin N, Zamore PD. 2003. Asymmetry in the Assembly of the RNAi Enzyme Complex. Cell. 115(2):199-208. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(03)00759-1
14.
Croce CM. 2008. Oncogenes and Cancer. N Engl J Med. 358(5):502-511. https://doi.org/10.1056/nejmra072367
15.
van Rooij E, Olson EN. 2007. MicroRNAs: powerful new regulators of heart disease and provocative therapeutic targets. J. Clin. Invest.. 117(9):2369-2376. https://doi.org/10.1172/jci33099