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miRNA
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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注，這些小RNA中有些可直接調控某些基因表達，進而調控細胞發(fā)育、決定細胞分化，有些介導特異性反應。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中除轉錄RNA（包含核糖體RNA和轉移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)對轉基因導致基因沉默十分重要,而在轉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基因的轉錄產物可能更大，植物的miRNA與互補結構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的轉錄產物也是發(fā)夾狀結構，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，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的基因結構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，也可能參與了復雜的基因調控，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的結構、生成、功能未知。推測可能來源于dsRNA兩極，是不同RNaseⅢ酶的產物。 2.小RNA的生成及作用機制 2.1siRNA的生成及作用機制 siRNA是RNAi途徑中的中間產物，是RNAi發(fā)揮效應所必需的因子。SiRNA的形成主要由Dicer和Rde-1調控完成。由于RNA 病毒入侵、轉座子轉錄、基因組中反向重復序列轉錄等原因,細胞中出現(xiàn)了dsRNA，Rde-1(RNAi缺陷基因-1)編碼的蛋白質識別外源dsRNA，當dsRNA達到一定量的時候，Rde-1引導dsRNA與Rde-1編碼的Dicer（Dicer是一種RNaseIII 活性核酸內切酶，具有四個結構域：Argonaute家族的PAZ結構域，III型RNA酶活性區(qū)域，dsRNA結合區(qū)域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性區(qū)）結合，形成酶-dsRNA復合體。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誘導的沉默復合體RNA-induced silencing complex （RISC，由核酸內切酶、核酸外切酶、解旋酶等構成，作用是對靶mRNA進行識別和切割）利用結合在其上的核酸內切酶的活性來切割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干涉的關鍵步驟是組裝RISC和合成介導特異性反應的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。其調控的機制是通過互補配對而沉默相應靶位基因的表達，所以是一種典型的負調控機制。 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，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：先由長的內源性轉錄本（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-蛋白質復合體即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RISC分裂切割靶mRNA；當與靶標基因不完全互補結合時，起調節(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)不完全配對結合后，阻遏調節(jié)基因的翻譯。 科學家們已發(fā)現(xiàn)miRNA在動植物早期發(fā)育中起的關鍵調節(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不完全結合 3´UTR中存在細胞死亡誘導基因，這提示說明miRNA對生長發(fā)育進行更為重要的調控作用。同時，科學家們也發(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，但同時在結構等方面又有很大的區(qū)別，在進化上二者的關系也尚無結論。 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的產物，所以具有Dicer產物的特點。 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是內源的，是生物體的固有因素；而siRNA是人工體外合成的，通過轉染進入人體內，是RNA干涉的中間產物。 b. 在結構上，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的一個側臂，其他部分降解；而siRNA對稱地來源于雙鏈RNA的前體的兩側臂。 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，也可以導致靶標基因降解，即在轉錄水平后和翻譯水平起作用，而siRNA只能導致靶標基因的降解，即為轉錄水平后調控。 f. miRNA主要在發(fā)育過程中起作用，調節(jié)內源基因表達，而siRNA不參與生物生長，是RNAi的產物，原始作用是抑制轉座子活性和病毒感染。 3.3 miRNA與siRNA的進化關系 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。二者在進化關系上是從屬關系還是平行關系，它們的進化順序是什么，這都引起了生命科學領域的廣泛爭論，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早于生物進化出現(xiàn)，但是siRNA是一種干涉RNA的中介產物，它必須有病毒或是其他雙鏈RNA誘導才能形成，且siRNA的阻遏方式過于徹底，應該是生命發(fā)展到一定程度后才產生的。 4.小RNA的識別、數(shù)據(jù)庫建設及最新進展 在真核生物小RNA基因的計算機識別上，麻省理工學院的Lim小組開發(fā)小RNA基因預測程序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。 《nature》周刊近期報道了在RNA干涉過程中利用PAZ域對siRNA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等將化學合成的21nt siRNA通過陽離子脂類轉染試劑導入原代培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元，顯著抑制內源靶基因和轉染基因的表達。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，而且實驗結果均得到重復驗證。經(jīng)過siRNA預防或治療后，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，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細胞內受體CD4，病毒結構蛋白Gag或替代Nef調節(jié)蛋白的綠色熒光蛋白的靶mRNA作用抑制病毒產生。SiRNA能有效抑制HIV-1生命周期中整合侵染前后事件。這樣，siRNA可能應用到HIV-1和其他病毒侵染的治療干預中。siRNA技術可能用于抑制HIV-1在宿主細胞中的復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去研究：它們的作用機理究竟是什么，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領域研究的熱點，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? Nature, 2002,420(6917):732 [3]Chang-zheng Chen et al.MicroRNAModulate Hematopoietic Lineage Differentiation，Science，2004,303(5654):85-86 [4]Daisuke Shirane,Kohtaroh sugao,et al.Enzymatic production of RNAi libraries from cDNAs,Nature genetics,2004,36:190-196 [5]Dennis C.Gene regulation:The brave new world of RNA .Nature,2002,418(6894):122-124 [6]Dianne S.Schwarz et al.Asymmetry in the Assembly of the RNA:Enzyme Complex, Cell, 2003,115(2):199-208 [7]George Sen,Tom S Wehrman,Jason W Myers&Helen M Blau.Restriction enzyme-generated siRNA(REGS) vectors and libraries,Nature genetics,2004,36:183-189 [8]Hutvagner G,McLachlan J,Pasquinelli A E,et al.A cellular function for the RNA –interferrnce enzyme dicer in the maturation of the let-7 small temporal RNA.Science,2001,293(5531):834-838 [9]Jeffrey M.Vargason.et al.Size selective Recognition of siRNA by an RNA sliencing Suppressor,Cell,2003,115(7):799-811 [10]Jin-Biao Ma,Keqiong Ye&Dinshaw.Patel.structural basis for overhang-specific small interfering RNA recognition by the PAZ domian,Nature,2004,429:318-322 [11]Kapranov P,Cawley S E,Drenkow J,er al.Large-scale transcriptional activity in chromosomes 21 and 22.Science,2002,296(5569):916-919 [12]Lee, N.S. et al. Expression of small interfering RNAs targeted against HIV-1 rev transcripts in human cell. Nature Biotech. 2002，20：500-505 [13]McManus M T,Sharp P A.Gene silencing in mammals by small interfering RNAs.Nature Reviews Genetics,2002,3(10):737-747 [14]McManus, M.T., Petersen, C.P., Haines, B.B., Chen, J. &Sharp, P.A. Gene silencing using micro-RNA designed hairpins. RNA ，2002，8：1-9 [15]Mourelatos Z,Dostie J,Paushkin S,et al.miRNPs:a novel class of riboncleoprotions containing numerous microRNAs.Genes&DEV,2002,16:720-728 [16]Patrick J.Paddisom,Jose M.Silva,Douglas S.Conklin ,et al.A rescource for large-scale RNA-interference-based screens in mammals,Nature,2004,428:427-431 [17]Reinhart B J,Bartel D P.Small RNAs correapond to centromere heterochromatic repeats. Science,2002,297(5588):1831 [18]Soraya Yekta,l-hung Shih,David P.Bartel.MicroRNA-Directed Cleavage of HOXB8 mRNA,Science,2004,304(5670):594-596 [19]Victor Ambros.MicroRNA Pathways in Files and Worms:Growth,Death,Fat,Stress,and timing,Cell,2003,113:673-676 [20]Xuemei Chen.A MicroRNA as Translational Repressor of APETALAZ in Arabidopsis Flower Development,Science,303(5660):2022-2025 [21]蔡子微等.NS特異性siRNA真核表達載體的構建.牡丹江醫(yī)學院學報.2003，24（3）：1-4 [22]陳穎，朱明華. RNA干擾.中國生物工程雜志.2003，23（3）：39-43 [23]杜梅君，劉德培，梁植權. RNA干擾與染色質沉默. 生物化學與生物物理進展.2004，31（3）：204-207 [24]郭曉紅，周忠孝。轉錄后水平的基因沉默—RNA干涉.基礎醫(yī)學與臨床.2003，23（1）：24-28 [25]李繼霞，周克元.miRNA的研究進展.生物化學與生物物理進展.2003，30（5）：702-705 [26]馬鵬鵬，薛杜普，韓代書. RNA干擾技術及其應用.中國組織化學及細胞化學雜志.2003， 12（2）：201-207 [27]沈維干. RNA干擾的研究方法.實用臨床醫(yī)藥雜志.2003，7（1）：75-77 [28]汪之沫，廖玲潔. RNA干涉和基因沉寂.國外醫(yī)學遺傳學分冊.2003，26（3）：129-132 [29]葉茂，陳躍磊，明鎮(zhèn)寰. miRNA（MicroRNA）家族的研究進展. 生物化學與生物物理進展.2003，30（3）：370-374 [30]葉亦舟，王以政，郭愛克. RNA干擾技術及其應用.生命的化學.2002，22（6）：503-506 [31]張鵬飛.siRNA的設計、合成與轉染及其在RNA干擾中的應用.國外醫(yī)學臨床生物化學與檢驗學分冊.2003，24（4）：199-200 Progress in the Research of Small RNAs Abstract: Small RNA gene and little interference RNA are main components of small RNA, their correlation is close, not only have similarity, but also have difference. Their important function point out to us albumen unencoding area contains extremely important information. The deep research of small RNAs will lead us to find out the secret of life. Keywords:small RNAs,siRNA,miRNA, albumen unencoding area |
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Human RNA silences viral DNA(2005.4.26)
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miRNA(金幣+1):總算補充了，請繼續(xù)補充�。�！
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MicroRNA plays an unexpected role in the process, researchers report in Science | By Charles Q Choi RNA silencing can defend against viruses in humans, French scientists report in this week's Science. Surprisingly, say the scientists, microRNA (miRNA) appears to form the basis of this system. "MiRNAs were thought to be involved in the regulation of endogenous genes, whereas exogenous RNAs, in particular viral RNAs, were thought to be regulated by siRNA [small interfering RNA]," lead author Charles-Henri Lecellier at the Institute of Plant Molecular Biology in Strasbourg, France, told The Scientist. Prior studies have revealed that RNA interference can destroy viruses in plants and insects, but a similar role in vertebrates has not been demonstrated. Since RNA silencing can suppress endogenous retroviruses from mobilizing in plants, yeast, worms, and flies, Lecellier and colleagues reasoned that retrotransposition of mammalian exogenous viruses might also prove vulnerable. They chose as their model system the primate foamy virus type 1, a retrovirus akin to HIV. PFV-1 accumulation in cultured human embryonic kidney cells was strongly enhanced by the expression of the P19 silencing suppressor, suggesting that a siRNA or miRNA pathway limited PFV-1 replication in human cells, because P19 specifically binds to and inactivates both. To identify the target and means of human RNA silencing, the investigators fused viral sequences spanning the PFV-1 genome to a green fluorescent protein (GFP)–tagged reporter gene into constructs cotransfected with PFV-1 into baby hamster kidney cells. Northern and Western analysis revealed GFP levels from construct F11 were disproportionately reduced compared to F11 mRNA accumulation, which reminded researchers of miRNA translational inhibition. The DIANA-microT algorithm revealed a high probability match between the F11 sequence and the human miR-32. Further studies demonstrated miR-32 silencing was suppressed in P19-expressing cells. Also, anti-miR-32 locked nucleic acid oligonucleotide almost doubled progeny virus production, unlike anti-miR-23, suggesting miR-32 has a direct, sequence-specific antiviral effect. In plants and insects, all viruses targeted by RNA interference encode proteins that suppress RNA silencing. Further studies found that in PFV-1, Tas, a viral transactivator, was that protein. In Arabidopsis, transgenic Tas expression strongly decreased siRNAs and led to developmental anomalies reminiscent of those elicited by suppressors interfering with miRNA functions, such as leaf elongation and serration, suggesting Tas suppresses a fundamental step conserved from plants to mammals shared between the miRNA and siRNA pathways. Like Tas, another protein, AC2, encoded by the DNA plant viruses, geminiviruses, is a viral transactivator that can suppress RNA silencing. "We want to investigate whether transactivation and suppression are linked or completely separate," Lecellier said. Researchers currently think each cell type harbors its own specific miRNA repertoire, Lecellier said. "This idea could partially explain some of the differences in viral permissivity observed between specific tissues," he said, with viruses preferentially replicating in cell types where antiviral miRNAs are not expressed or are only weakly expressed. A miRNA response could also lead to the emergence of viral quasispecies, as viruses that can rapidly introduce synonymous mutations into their genomes, such as HIV or influenza, do so to evade silencing by miRNA. "The emergence of quasispecies is important for resistance to antiviral strategies, so studying this miRNA response could be important for studying resistance," Lecellier said. The team saw no evidence that human cells used siRNAs to disable viruses. "So it'd be interesting to investigate whether or not mammals have lost the ability to respond to viruses using siRNAs because they have a more advanced immune system than plants and flies and worms," said Phillip Zamore at the University of Massachusetts, who did not participate in this study. It was uncertain whether the miRNAs were part of a dedicated antiviral response or whether they accidentally silenced viral RNA, he said. "It'd be interesting to see whether expression of miRNAs are vastly upregulated in viral infection," he told The Scientist. Future directions should involve testing any of the several hundred human microRNAs against viruses such as HIV and influenza, said Shou-Wei Ding at the University of California at Riverside, who did not participate in this study. "Also, they studied this in cell culture, and it'd be interesting to look at this at the whole animal level," Ding told The Scientist. Links for this article C. Lecellier et al., "A cellular microRNA mediates antiviral defense in human cells," Science, 308:557-60. April 22, 2005. http://www.sciencemag.org Charles-Henri Lecellier http://www.sigu7.jussieu.fr/B2M/pages/doc/2K4/virord11va.html A.J. Hamilton, D.C. Baulcombe, "A species of small antisense RNA in posttranscriptional gene silencing in plants," Science, 286:950-2, October 29, 1999. [PubMed Abstract:http://www.biomedcentral.com/pubmed/10542148/] H. Li et al. "Induction and suppression of RNA silencing by an animal virus," Science, 296:1319-21, May 17, 2002. [PubMed Abstract:http://www.biomedcentral.com/pub ... com/pubmed/12016316] C. Lecellier, A. Saib. "Foamy viruses: between retroviruses and pararetroviruses," Virology, 271:1-8, May 25, 2000. [PubMed Abstract:http://www.biomedcentral.com/pub ... com/pubmed/10814564] Phillip Zamore http://www.umassmed.edu/bmp/faculty/zamore.cfm Shou-Wei Ding http://www.cepceb.ucr.edu/members/ding.htm 據(jù)《科學》雜志4月23日報道，MicroRNA在人體發(fā)育過程中起著意想不到的作用。 法國科學家稱核糖核酸沉默機制（RNA silencing）能夠抵抗人體中的病毒，不可思議的是，小RNA (miRNA)竟然是組成這一機制的基礎。 “科學家一直認為miRNA與調節(jié)內源基因有關，而小分子干擾核糖核酸（iRNA）能夠控制外源基因，尤其是病毒RNA基因，”該文的主要作者、來自法國斯特拉斯堡的植物分子生物學院的查利斯·亨利·萊西利亞在《科學》雜志上說道。 科學家們先前的研究顯示，核糖核酸干擾（RNAi）能夠消滅植物以及昆蟲體內的病毒，但目前還沒有研究表明它在脊椎動物也擁有類似功能。自從科學家們發(fā)現(xiàn)RNA沉默機制能夠壓抑內生反轉錄病毒，使其無法在植物、酵母、蚯蚓以及蒼蠅等等體內游動，萊西利亞和他的同事就推斷哺乳動物體內的外源病毒基因的反轉錄移位功能應當也是同樣脆弱。因此他們選擇了一種原始的1型泡沫病毒（PFV-1）——一種與人體免疫缺損病毒（HIV）同類的逆轉錄酶病毒——作為實驗的模擬系統(tǒng)。 由于P19沉默干擾基因的表達，PFV-1病毒在人工“人體胚胎腎臟細胞株”（human embryonic kidney cells）中聚集并且變得十分明顯。這意味著，由于P19細胞控制著siRNA和miRNA，而且這兩種核糖核酸的路徑也控制著PFV-1在人體細胞中的繁殖。 為了確定人體RNA沉默機制的具體作用，研究者們將PFV-1病毒所含有的病毒基因序列與一種附有報告基因綠色熒光蛋白（GFP）鏈接在一起，然后使它們與人體胚胎腎臟細胞一起染上病毒。報告顯示，F(xiàn)11架構中的綠色熒光蛋白與F11mRNA聚集中所含有的綠色熒光蛋白比例完全不同。這一點使研究者們想到了miRNA轉錄抑制。利用DIANA-microT運算法則計算后發(fā)現(xiàn)F11序列與人體miR-32具有高度的相似性。 進一步的研究表明，miR-32沉默受到P19表達細胞的壓抑。同樣，受抗miR-32細胞控制的核酸低聚核苷酸使子代病毒的繁殖量增加了一倍，并不是像抗miR-32細胞所起的作用一樣。這意味著miR-32起著直接反病毒作用。 植物與昆蟲中，所有的核糖核酸干擾（RNAi）能夠消滅的病毒都含有可以抑制核糖核酸沉默的蛋白質。而在后來的研究結果顯示，PFV-1中含有一種叫做Tas的病毒反激活蛋白。 一種叫做“阿拉伯芥”的植物中，轉基因Tas能夠大量減少siRNAs，并且使干擾基因引發(fā)的細胞產生發(fā)育變異現(xiàn)象，同時干擾miRNA的功能，例如植物葉子變長、長出鋸齒等。這意味著Tas具有抑制miRNA 和siRNA某種基本功能的作用，而這種功能是植物與哺乳動物共同擁有的。 類似Tas的另一種蛋白質，AC2，其中含有植物基因病毒，也是一種病毒反激活蛋白，同樣能夠壓抑RNA沉默機制。 目前，研究者們認為每種類型的細胞都有自己獨有的miRNA細胞庫。萊西利亞說：“這樣的概念能夠部分解答一些有關病毒反應方面的問題�！彼J為，在細胞種類中，優(yōu)先繁殖的病毒是處在抗病毒miRNAs沒有表現(xiàn)的地方，或者表現(xiàn)并不明顯的地方。 MiRNA的反應也會導致基因準種群出現(xiàn)，如果病毒能夠快速使其基因組發(fā)生變異，例如HIV與流感病毒，它就能避免受到miRNA沉默機制的影響�！盎驕史N群的出現(xiàn)對于躲避抗病毒功能的影響是十分重要的，因此研究這種miRNA反應也十分重要，” 萊西利亞說。 這一研究小組并沒有發(fā)現(xiàn)人類細胞能夠利用siRNA來消滅病毒。“所以研究哺乳動物是用還具有利用siRNA來對付病毒的能力是一個十分有趣的課題，因為與蚯蚓、蒼蠅這些昆蟲相比，哺乳動物擁有更加先進的免疫系統(tǒng)，”麻省理工大學的飛利浦·賽摩說。他并沒有參加這次研究活動。雖然miRNAs是否是抗病毒反應的原因之一，或者只是偶然對病毒核糖核酸起到了沉默作用，但是他認為：“不論miRNAs的表達是否會抑制病毒傳染，這項研究都會引起科學界的廣泛關注�！� 美國加州大學的丁守維（音譯）稱，未來的研究方向可能會包括測試幾百個人體microRNAs對諸如HIV病毒和流感病毒等病毒的反應，他也未參加此次研究。他說：“他們已經(jīng)在細胞培養(yǎng)室做了試驗，如果在動物身上做相關實驗的話會引起科學界更大的關注。” 法國研究人員發(fā)現(xiàn)，哺乳動物細胞能關閉入侵的病毒。當病毒感染細胞后，它把自己的基因插入細胞的基因組，這樣在細胞復制時也產生許多的病毒拷貝。研究人員已經(jīng)知道植物和昆蟲用RNA干擾使病毒基因沉默，在這個過程中，小的RNA分子將自己插入到基因表達機器中使某個基因沉默。動物也將RNA干擾用在一個調節(jié)功能上：它們在發(fā)育過程中通過RNA干擾改變自己基因的表達。Charles Henri Lecellier和同事現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，人類細胞也用RNA干擾來阻礙一個侵襲哺乳類的病毒的積累。 引用鏈接地址：http://www.bioon.com/biology/showarticle.asp?ArticleID=102462 |
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