新发现的微RNA世界.pptx

microRNA简介2004-10-22 新发现的微RNA世界前言近些年来，人类发现了许多不同种类的RNA分子，其中最为重要的是小RNA分子的发现。有些小RNA分子 能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型 RNA的分类 细胞和和胞液 线粒体 功能核蛋白体RNA rRNA mt rRNA 核蛋白体组成成分信使RNA mRNA mt mRNA 蛋白质合成模板转运RNA tRNA mt tRNA 转运氨基酸不均一核RNA hnRNA 成熟mRNA的前体小核RNA snRNA 参与hnRNA的剪接、转运小胞浆RNA scRNA/7SL-RNA 蛋白质内质网定位合成的 信号识别体的组成成分 小RNA分子本身又包含了若干类RNA，根据小 RNA 的生成、结构和功能大约可分为以下三类：a miRNA （microRNA)b siRNA (short interfering RNA)c 其他小RNAWhat are microRNAs？（1）miRNA是广泛存在于真核生物中的一组短小的、不编码蛋白质的RNA家族，它们是由19-25个核苷酸组成的单链RNA（3端可有12个碱基长度的变化）；miRNA的表达具有组织特异性和阶段特异性。即：在不同组织中表达有不同类型的miRNA,在生物发育的不同阶段里有不同的miRNA表达；What are microRNAs？（2）miRNA具有高度保守性高度保守性，即各种miRNA都能在其他种系中找到同源体；miRNA独有的特征：其5端第一个碱基对U有强烈的倾向性，而对G却有抗性，但第二到第四个碱基缺乏U，一般来讲，除第四个碱基外，其他位置碱基通常都缺乏C miRNA执行一定的生物学功能生物学功能：对与其互补的mRNA表达水平具有调节作用；一些偏大的miRNA可能参与了基因组的重组装（27nt）；miRNA的成熟据体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要两个步骤：1）由长的内源性转录本（pri-miRNA)生成70nt左右的miRNA前体（pre-miRNA)，该过程发生在细胞核;2)将pre-miRNA加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质中。Pre-miRNAPre-miRNA Pre-miRNA 是由内源性基因间区或内含子的DNA反向重复序列转录而来,它是一种长约70nt的非编码RNA,具有茎-环结构也即发夹状结构。Pre-miRNA在Dicer的作用下可被剪切成miRNAmiRNA 只是pre-miRNA 茎中的一个臂miRNA与靶mRNA的作用模式：1）二者不完全互补，即二者不完全时配对结合时，主要影响翻译过程而对mRNA的稳定性无任何影响。如线虫的lin-42）二者完全互补，即二者完全配对结合后，类似siRNA与靶mRNA的结合，特异性的切割mRNA。如miR39/miR1713）上述两种模式均具备。当其与靶mRNA完全互补配对时，直接靶向切割mRNA，而不完全互补配对时起调节基因翻译的作用。如let-7 果蝇/线虫mmi iR RN NA A与与s si iR RN NA A的的作作用用机机制制：miRNA与siRNA的区别：miRNA 产生：细胞内RNA的固有组 分之一（正常）来源：内源转录本直接来源：发夹状pre-miRNA 结构：单链互补性：不完全互补，存在 错配现象对靶RNA特异性：相对较低，一个 突变不影响miRNA的 的效应途径 ：miRNA途径对RNA的影响：在RNA代谢的 各个 层面进行调控功能：调节内源基因的表达 在蛋白质合成水平发挥作用，与mRNA的稳定性无关 siRNA RNAi的活性形式，病毒感染和人工插入dsRNA之后诱导而产生（异常）转基因或病毒（外源）长dsRNA 双链，3端有2个非配对碱基，通常为UU 完全互补 较高，一个突变即引起RNAi 沉默效应的改变 RNAi途径 降解靶mRNA 抑制转座子活性和病毒感染 在转录后水平发挥作用，影 响mRNA的稳定性 miRNA与siRNA的联系：均为Dicer的产物：长度均为22nt左右 5端是磷酸基 3端是羟基均需Argonaute家族蛋白的存在 同为RISC的组分二者进化关系上可能的两种推论：siRNA是miRNA的补充 miRNA在进化过程中替代了siRNA沉默机制有重叠展望：如果miRNA基因正如所发现的miRNA一样多，那么它很可能在生命活动中具有十分广泛的调节功能，对基因表达、生长发育和行为等都具有十分深远和复杂的效应。当前我们所面临的挑战是：这些miRNA到底具有何种功能？它们是如何识别潜在的靶mRNA的？这些miRNA间相互调节作用的结果是什么？面临的挑战：基于上述的诸多问题，寻找一种有效的方法来研究miRNA将是目前面临的首要问题。那么，又将产生一系列问题：如何分离miRNA分子？如何寻找miRNA分子作用的靶基因？如何研究miRNA与靶mRNA之间的关系？寻找miRNA的方法：A 分子生物学的方法 B 分子信息学的方法：应用计算机的方法如MirScan来寻找miRNA分子已经在线虫及脊椎动物体内取得了巨大的成功。2004年6月，吳政道在前述的计算机方法的基础上提出一种可以进行高通量筛选miRNA靶位点的方法 分子信息学筛选miRNA的原理：该方法的出发点为前体的发夹状结构前体的发夹状结构及miRNA在物物种间的保守性种间的保守性。miRNA基因可能定位于编码蛋白基因的内含子区域（有意义链或反意义链）及远离任何已知基因的基因间区域。一些时候，几个发夹状结构以多顺反子的形式丛集在一起.Uwe Ohler,Chris Burge等人给出了一些可以提高寻找miRNA基因的准确性的一些附加条件：1）上游和下游保守序列的数量；2）候选发夹状结构的上游高度保守的模序的存在。寻找miRNA作用的靶mRNA的方法：A 分子信息学的手段：MIT的Bartel and Chris Burge报道了一种可以用来探测miRNA与其作用的靶基因之间的关系的新的计算机的方法TatgetScan。他们针对已知的每一个miRNA，扫描mRNA的数据库DNA转译为蛋白的生化信息，搜索与miRNA匹配的片段，然后对miRNA与mRNA的匹配程度评分，推测在三个或以上物种中获得高分的mRNA为该miRNA的靶基因。B 分子生物学方法 小结 从前述的诸多信息，我们可以得出一个结论，那就是RNA不再只是作为DNA与蛋白质之间的中介发挥作用，而是参与到了基因的表达调控、RNA的定点修饰，以及染色体的结构组织等各个方面。短短几年内miRNA研究的迅速突破，不只是RNA研究的一个新突破，更是为人们提供了一种全新的认识基因和基因表达调节本质的角度，同时也使人们开始注意miRNA在疾病发生过程中所扮演角色。