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[交流]
小RNA的問題請教
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請問 micro RNA----small RNA-----short RNA 有什么區(qū)別呢 我的一條18個堿基的單鏈RNA 是否可以稱為microRNA啊？？ 這三個概念可以混著用不? |
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swq0021(金幣+1):謝謝參與
wanhscn(金幣+3): 熱心！ 2011-10-11 09:39:10
swq0021(金幣+1):謝謝參與
wanhscn(金幣+3): 熱心！ 2011-10-11 09:39:10
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在丁香園： 摘要：微小RNA基因和小的干涉RNA是小RNA的最主要組成部分，它們的相關(guān)性密切，既具有相似性，又具有差異性。它們功能的重要性提示我們基因組非蛋白編碼區(qū)的序列蘊含著極為重要的信息。對小RNA的深入研究將使我們更深一步了解生命的奧秘。 關(guān)鍵詞：小RNA，siRNA，miRNA，非蛋白編碼區(qū) 引言 長度大小為二十幾個核苷酸的小片段RNA在近年得到了極大的關(guān)注，這些小RNA中有些可直接調(diào)控某些基因表達，進而調(diào)控細胞發(fā)育、決定細胞分化，有些介導(dǎo)特異性反應(yīng)。2003年5月，Steven Buckingham提出的被廣泛認同的分類方法中，小RNA（small RNAs）是指非編碼RNA中除轉(zhuǎn)錄RNA（包含核糖體RNA和轉(zhuǎn)移RNA）外的部分，包括微小RNA（Micro RNAs）、小的干涉RNA（short interference RNAs ，siRNA）、核仁小分子RNA和核小RNA（snRNA）�；谧钚碌目蒲谐晒疚膶πNA尤其是siRNA和miRNA的特點、功能、生成過程以及篩選識別等進行綜述。 1. 小RNA的概況及特點 1.1 siRNA RNA干涉（RNAi）在實驗室中是一種強大的實驗工具，通過這種方式，利用具有同源性的雙鏈RNA（dsRNA）誘導(dǎo)序列特異的目標基因的沉寂，迅速阻斷基因活性。小的干涉RNA（siRNA）是在RNA干涉過程中人工體外合成的小片段RNA，由約20個堿基對組成，包括5個磷酸鹽，2個核苷和3個懸臂。SiRNA在RNA沉寂通道中起中心作用，是對特定信使RNA（mRNA）進行降解的指導(dǎo)要素。1999年, Hamilton等在植物基因沉默的研究中首次發(fā)現(xiàn)21～25nt 的dsRNA 的出現(xiàn)對轉(zhuǎn)基因?qū)е禄虺聊种匾?而在轉(zhuǎn)基因正確表達的植株中則未出現(xiàn)。隨后,Hammond 等進行的細胞提取物核酸酶活性實驗證明了小分子RNA在RNAi 中的作用，這些小分子RNA就是由dsRNA形成的siRNA。siRNA 的3´-末端2-nt 的突出對靶點識別的特異性起一定的作用,可將其限定在第一個堿基對相鄰的不成對堿基的位置。最近的《nature》周刊報道了兩個研究小組以數(shù)以千計的人類和老鼠基因為目標創(chuàng)建RNAi庫的進展，科學(xué)進展已清晰地表明：在哺乳動物中利用小的干涉RNA和短發(fā)夾RNA（short hairpin RNAs,shRNA）來進行RNA干涉以使基因沉寂已經(jīng)成為強大而有力的生物工具。 1.2 miRNA miRNA的研究起始于時序調(diào)控小RNA（stRNAs）。1993年，Lee等在秀麗新小桿線蟲（Caenorhabditis elegan）中發(fā)現(xiàn)了第一個可時序調(diào)控胚胎后期發(fā)育的基因lin-4,2002年，Reinhart等又在線蟲C.elegan中發(fā)現(xiàn)第二個異時性開關(guān)基因let-7，2001年10月《science》報道了三個實驗室從線蟲、果蠅和人體克隆的幾十個類似C.elegan的lin-4的小RNA基因，稱為microRNA。MicroRNA（miRNA,微RNA）即為長度為22nt左右的5´端帶磷酸基團、3´端帶羥基的非蛋白編碼的調(diào)控小RNA家族。 植物miRNA從2002年起才有報道，編碼植物miRNAs的基因明顯不同于其他生物，這樣，植物編碼miRNA基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可能更大，植物的miRNA與互補結(jié)構(gòu)的錯配一般也少于動物，所以在進化上也更為保守。但和動物miRNA一樣，miRNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也是發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)，在RNaseⅢ酶切后以雙鏈形式存在，最后釋放互補鏈，miRNA成熟。 miRNA廣泛存在于真核生物中，不具有開放閱讀框架，不編碼蛋白質(zhì)，一般長20-24nt，但在擬南芥和煙草中發(fā)現(xiàn)26nt的RNA，四膜蟲(Tetrahymenas)中發(fā)現(xiàn)28nt的miRNA。成熟的miRNA 5´端的磷酸基團和3´端羥基則是它與相同長度的功能RNA降解片段的區(qū)分標志。 許多miRNA的基因結(jié)構(gòu)及功能在進化中有保守性，約12%的miRNA在線蟲、果蠅、植物及哺乳動物中保守且保守片段的差異僅為1-2nt。在線蟲C.elegan中所發(fā)現(xiàn)的miRNA85%都可以在C.briggsar的基因組中找到同源序列。細胞特異性或組織特異性是miRNA的表達的主要特點，如擬南芥中的miR-171僅在其花序中高水平表達，在某些組織低水平表達，在莖、葉等組織中去無任何表達的跡象；又如20-24h的果蠅胚胎提取物中可發(fā)現(xiàn)miR-12,卻找不到miR3-miR6,在成年果蠅中表達的miR-1和let-7也無法在果蠅胚胎中表達，這同時體現(xiàn)了miRNA的又一特點——基因表達時序性。MiRNA表達的時序性和組織特異性提示人們miRNA的分布可能決定組織和細胞的功能特異性，也可能參與了復(fù)雜的基因調(diào)控，對組織的發(fā)育起重要作用。 1.3其他小RNA 在生物體中，存在一類不同于miRNA和siRNA的小RNA，長度在20-28nt之間。這類RNA的結(jié)構(gòu)、生成、功能未知。推測可能來源于dsRNA兩極，是不同RNaseⅢ酶的產(chǎn)物。 2.小RNA的生成及作用機制 2.1siRNA的生成及作用機制 siRNA是RNAi途徑中的中間產(chǎn)物，是RNAi發(fā)揮效應(yīng)所必需的因子。SiRNA的形成主要由Dicer和Rde-1調(diào)控完成。由于RNA 病毒入侵、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄、基因組中反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄等原因,細胞中出現(xiàn)了dsRNA，Rde-1(RNAi缺陷基因-1)編碼的蛋白質(zhì)識別外源dsRNA，當dsRNA達到一定量的時候，Rde-1引導(dǎo)dsRNA與Rde-1編碼的Dicer（Dicer是一種RNaseIII 活性核酸內(nèi)切酶，具有四個結(jié)構(gòu)域：Argonaute家族的PAZ結(jié)構(gòu)域，III型RNA酶活性區(qū)域，dsRNA結(jié)合區(qū)域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性區(qū)）結(jié)合，形成酶-dsRNA復(fù)合體。在 Dicer酶的作用下，細胞中的單鏈靶mRNA（與dsRNA具有同源序列）與dsRNA的正義鏈互換，原來dsRNA中的正義鏈被mRNA代替而從酶-dsRNA復(fù)合物中釋放出來，然后，在ATP的參與下，細胞中存在的一種RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體RNA-induced silencing complex （RISC，由核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶、解旋酶等構(gòu)成，作用是對靶mRNA進行識別和切割）利用結(jié)合在其上的核酸內(nèi)切酶的活性來切割dsRNA上處于原來正義鏈位置的靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補的區(qū)域，形成21-23nt的dsRNA小片段，這些小片段即為siRNA。 RNAi干涉的關(guān)鍵步驟是組裝RISC和合成介導(dǎo)特異性反應(yīng)的siRNA蛋白。SiRNA并入RISC中，然后與靶標基因編碼區(qū)或UTR區(qū)完全配對，降解靶標基因，因此說siRNA只降解與其序列互補配對的mRNA。其調(diào)控的機制是通過互補配對而沉默相應(yīng)靶位基因的表達，所以是一種典型的負調(diào)控機制。 siRNA識別靶序列是有高度特異性的，但這并不是說反義鏈上所有的堿基都對發(fā)揮這種特異性起到了相同的作用。因為降解首先在相對于siRNA來說的中央位置發(fā)生，所以這些中央的堿基位點就顯得極為重要，一旦發(fā)生錯配就會嚴重抑制RNAi的效應(yīng)，相對而言，3´末端的核苷酸序列并不要求與靶mRNA完全匹配。 2.2 miRNA的形成及作用機制 迄今的研究認為，miRNA可能的形成及作用機制為：先由長的內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄本（pri-miRNA）生成70nt左右的miRNA前體（pre-miRNA），然后在Dicer酶的作用下使其加工成為一個不穩(wěn)定的dsRNA分子，接著迅速被降解剪切為22nt左右的單鏈RNA（這種單鏈RNA及以后的miRNA只是Dicer作用下pre-miRNA被剪切的一個臂，可能是3´端的一個臂，也可能是5´端的一個臂，不同RNA可能是同一pre-miRNA的不同臂），之后被PPD(PAZ&Piwi domain)蛋白家族識別，形成RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體即miRNA核蛋白體（miRNP）,進而形成成熟的miRNA。miRNA識別并與靶標基因3´UTR區(qū)部分配對，從而抑制靶標基因的翻譯。 miRNA基因是一類高度保守的基因家族，按其作用模式不同可分為三種：第一種以線蟲lin-4為代表，作用時與靶標基因不完全互補結(jié)合，進而阻遏翻譯而不影響mRNA的穩(wěn)定性，這種miRNA是目前發(fā)現(xiàn)最多的種類。第二種以擬南芥miR-171為代表，作用時與靶標基因完全互補結(jié)合，作用方式和功能與siRNA非常類似，最后切割靶mRNA,這說明某些miRNA和siRNA一樣參與了機體內(nèi)一些特異性mRNA的剪切過程。第三種以let-7為代表，它具有以上兩種作用模式，當與靶標基因完全互補結(jié)合時，直接靶向切割mRNA，如果蠅和Hela細胞中l(wèi)et-7直接介導(dǎo)RISC分裂切割靶mRNA；當與靶標基因不完全互補結(jié)合時，起調(diào)節(jié)基因基因表達的作用，如線蟲中的let-7與靶mRNA3´端非翻譯區(qū)不完全配對結(jié)合后，阻遏調(diào)節(jié)基因的翻譯。 科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)miRNA在動植物早期發(fā)育中起的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，包括植物葉、花的發(fā)生，動物胚胎及組織發(fā)育等，Brennecke等人利用電腦尋找靶標基因，證實了miRNA不完全結(jié)合 3´UTR中存在細胞死亡誘導(dǎo)基因，這提示說明miRNA對生長發(fā)育進行更為重要的調(diào)控作用。同時，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)人類基因組中大約有255個編碼miRNA基因，約占人類基因數(shù)的1%，但尚不清楚其功能。 3. siRNA與miRNA的關(guān)系 siRNA和miRNA在功能和作用機制上有很大的相似性，但同時在結(jié)構(gòu)等方面又有很大的區(qū)別，在進化上二者的關(guān)系也尚無結(jié)論。 3.1 miRNA與siRNA的相同點 miRNA與siRNA之間有許多相同之處，具體如下： a. 二者的長度都約在22nt左右。 b. 二者都依賴Dicer酶的加工，是Dicer的產(chǎn)物，所以具有Dicer產(chǎn)物的特點。 c. 二者生成都需要Argonaute家族蛋白存在。 d. 二者都是RISC組分，所以其功能界限變得不清晰，如二者在介導(dǎo)沉默機制上有重疊。 e. miRNA和siRNA合成都是由雙鏈的RNA或RNA前體形成的。 3.2 miRNA與siRNA的不同點 a. 二者的根本區(qū)別是miRNA是內(nèi)源的，是生物體的固有因素；而siRNA是人工體外合成的，通過轉(zhuǎn)染進入人體內(nèi)，是RNA干涉的中間產(chǎn)物。 b. 在結(jié)構(gòu)上，miRNA是單鏈RNA，而siRNA是雙鏈RNA。 c. Dicer酶對二者的加工過程不同，miRNA是不對稱加工，miRNA僅是剪切pre-miRNA的一個側(cè)臂，其他部分降解；而siRNA對稱地來源于雙鏈RNA的前體的兩側(cè)臂。 d. 在作用位置上，miRNA主要作用于靶標基因3´-UTR區(qū)，而siRNA可作用于mRNA的任何部位。 e. 在作用方式上，miRNA可抑制靶標基因的翻譯，也可以導(dǎo)致靶標基因降解，即在轉(zhuǎn)錄水平后和翻譯水平起作用，而siRNA只能導(dǎo)致靶標基因的降解，即為轉(zhuǎn)錄水平后調(diào)控。 f. miRNA主要在發(fā)育過程中起作用，調(diào)節(jié)內(nèi)源基因表達，而siRNA不參與生物生長，是RNAi的產(chǎn)物，原始作用是抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染。 3.3 miRNA與siRNA的進化關(guān)系 miRNA與siRNA在加工機制上的相似性使二者的界限已經(jīng)越來越不明顯了。二者在進化關(guān)系上是從屬關(guān)系還是平行關(guān)系，它們的進化順序是什么，這都引起了生命科學(xué)領(lǐng)域的廣泛爭論，且目前尚無定論。Hutvagner和Zamore通過試驗，認為miRNA或siRNA的功能發(fā)揮取決于它與靶標基因結(jié)合位點的匹配程度，而用于識別miRNA的PPD家族的很多成員為RISC的組分，這樣，二者的界限則更為模糊，它們可能并不存在本質(zhì)的區(qū)別，就此意義上講，siRNA似乎是miRNA的一個補充。在進化順序上，我個人傾向于miRNA先于siRNA，盡管有些人認為外源基因應(yīng)早于生物進化出現(xiàn)，但是siRNA是一種干涉RNA的中介產(chǎn)物，它必須有病毒或是其他雙鏈RNA誘導(dǎo)才能形成，且siRNA的阻遏方式過于徹底，應(yīng)該是生命發(fā)展到一定程度后才產(chǎn)生的。 4.小RNA的識別、數(shù)據(jù)庫建設(shè)及最新進展 在真核生物小RNA基因的計算機識別上，麻省理工學(xué)院的Lim小組開發(fā)小RNA基因預(yù)測程序MiRscan評分系統(tǒng)，進而對人類和線蟲的基因進行探索，確定小RNA分屬的家族及保守性質(zhì)。 《nature》周刊近期報道了在RNA干涉過程中利用PAZ域?qū)iRNA進行識別，方法是將siRNA的三個懸臂固定。但是PAZ可能不是在RNA干涉中的唯一識別方式。 Patrick.J.Paddison等人的兩個研究小組報告了以數(shù)以千計的人類和老鼠為目標的RNAi庫的創(chuàng)建，在哺乳動物中對小RNA的研究將使其有有長足進步。 5月出版的Science報道了由EB病毒編碼的微RNAi，這是一項全新的發(fā)現(xiàn)。因為大家知道RNAi技術(shù)的前提是雙鏈的短RNA，而病毒則是單鏈的DNA/RNA。這一研究成果將為RNAi應(yīng)用提供了更廣闊的前景。 在基因操作較困難的神經(jīng)元中，已有成功進行RNAi的報道。Krichevsky等將化學(xué)合成的21nt siRNA通過陽離子脂類轉(zhuǎn)染試劑導(dǎo)入原代培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元，顯著抑制內(nèi)源靶基因和轉(zhuǎn)染基因的表達。抑制神經(jīng)元NO合成酶表達能有效降低疼痛，在Korneev的實驗中設(shè)計的雙鏈RNA成功地抑制了中樞神經(jīng)系統(tǒng)NO合成酶表達，獲得RNA干擾的成功。RNAi能在極低濃度（nmol范圍）siRNA存在下顯示出特殊有效性。 廣東省科技攻關(guān)項目“防治SARS疾病特效siRNA藥物研究”課題組2003年6月開始針對SARS冠狀病毒的RNA基因組特定靶位點自行設(shè)計了共48條雙鏈RNA小分子，通過體外細胞實驗系統(tǒng)成功地篩選出了4條對SARS冠狀病毒有效的雙鏈RNA小分子，這些雙鏈RNA小分子在體外培養(yǎng)細胞中能特異地且非常有效地阻斷SARS冠狀病毒的感染及病毒增殖。其預(yù)防SARS冠狀病毒的效果達到90%以上,幾個有效的雙鏈RAN小分子聯(lián)合使用其治療效果達到80%以上，而且實驗結(jié)果均得到重復(fù)驗證。經(jīng)過siRNA預(yù)防或治療后，原來感染SARS冠狀病毒的綠猴胚腎細胞多能保持正常的細胞形態(tài)和數(shù)目。 5.對小RNA基因的討論及展望 小RNA的研究給我們帶來比其本身更為重要的啟示是基因組非組蛋白編碼區(qū)蘊含著重要的生命功能活動信息。生命的一些重要活動如幼蟲的生長發(fā)育、細胞的發(fā)生和分化、神經(jīng)系統(tǒng)的分化等都被一些非蛋白編碼小RNA的調(diào)控；而除miRNA、siRNA以外的小RNA我們更是知之甚少。長期以來，分子生物學(xué)研究的重點都在蛋白編碼基因上，而小RNA的發(fā)現(xiàn)和研究則提示我們應(yīng)該相對更多地從這方面了解生命的奧秘，這些小RNA可能編碼生命活動的重要調(diào)控元件。有報道稱小RNA可影響四膜蟲的細胞分裂，如果該種小RNA在人類中存在，則可能與癌癥有關(guān)，2004年6月《臨床研究雜志》上發(fā)表的一項實驗室研究， siRNA似乎加強了伊馬替尼（Imatinib）和雷帕霉素的抗癌作用。而且據(jù)說，這種治療在出現(xiàn)藥物耐受性時特別有幫助。SiRNA可以通過與HIV-1細胞內(nèi)受體CD4，病毒結(jié)構(gòu)蛋白Gag或替代Nef調(diào)節(jié)蛋白的綠色熒光蛋白的靶mRNA作用抑制病毒產(chǎn)生。SiRNA能有效抑制HIV-1生命周期中整合侵染前后事件。這樣，siRNA可能應(yīng)用到HIV-1和其他病毒侵染的治療干預(yù)中。siRNA技術(shù)可能用于抑制HIV-1在宿主細胞中的復(fù)制的一種可能的治療策略。利用小RNA有效抑制基因表達的機理可能為治療很多病毒性疾病和基因疾病尋找新的途徑和突破口。 小RNA還有許多問題需要我們?nèi)パ芯浚核鼈兊淖饔脵C理究竟是什么，具體有什么功能，它們通過什么途徑識別靶標基因，它們的特異性和時序性是如何調(diào)控的等等。隨著研究的深入，它將為人類疑難疾病治理等方面起更為深遠的作用�？傊�，對小RNA基因的研究將是生命科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，也將是揭示生命奧秘的又一大里程碑。 參考文獻 [1]Baulcombe D.ARNA microcosm.Science,2002,297(5589):2002-2003 [2]Calin G A,Dumityu C D,Shimizu M,et al.Small RNAs:the genome′s guiding hand? 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2樓2011-10-10 21:19:39
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