导读:microRNAs(miRNAs)是近年来发现的一类长度为18—24个核苷酸的非编码小分子 RNA。它主要通过与靶标基因3’UTR的完全或不完全配对,降解靶标基因mRNA或抑制其翻译,从而参与调控个体发育、细胞凋亡、增殖及分化等生命活动。

microRNA的模拟图

microRNA的作用模式

图中上侧蓝色的长链RNA Ⅱ代表呈活性状态的mRNA ,在其黄色的活性区域,RNA Ⅱ长链的部分链段结合在一起。下侧黑色的RNA Ⅰ代表反义RNA, 当RNA Ⅰ与RNA Ⅱ 结合(图中右侧部分),RNA Ⅱ 中的黄色区域中曾结合在一起的部分RNA链段分开,RNA Ⅱ 呈失活状态,关闭了RNA Ⅱ 的转录,即关闭了基因的表达。

2006年的诺贝尔生理或医学奖授予美国科学家克雷格.梅洛和安得鲁.菲尔,以表彰他们因发现了RNA干扰现象而对人类生命科学的重大贡献。科学家们认为小分子RNA干扰现象的发现和作为一项高效、高特异性地关闭特定基因表达的新技术,将为基因功能的研究提供一种快速、简便的全新方法,对功能基因组研究与人类疾病的基因治疗带来革命性的变革。

安得鲁.菲尔 克雷格.梅洛

miRNA影响干细胞分化
miR166/165能影响参与分裂组织细胞发育的一种基因,从而影响干细胞分化。这一研究成果公布在《细胞》杂志上。
研究人员发现AGO10能特异地和miR165/166结合,最终促进了HD-ZIPⅢ(调控拟南芥顶端分生组织的重要转录因子)的表达。当miR166/165不与AGO10结合,或者AGO10基因缺失的时候,植物的分裂组织会被破坏。而当miR166/165与其它AGO蛋白结合时,植物则会停止相关基因的表达。
研究人员还发现AGO10与miR165/166的相互作用依赖于miR165/166的结构且与AGO10的催化活性无关,这可表明miRNA对干细胞分化的影响具有重要意义。
microRNA是肥胖的根源
MicroRNA 103和107的上调表达可能是能够导致肥胖的关键。对其沉默后,肥胖老鼠的葡萄糖敏感性得到显著改善。
为了证实这2种microRNA导致胰岛素抗性,研究人员使用病毒载体在健康老鼠体内表达这2种microRNA,它们很快产生高血糖症状。接着他们挑选两组肥胖老鼠:一组通过遗传修饰变胖的老鼠;另一组是取食高脂肪而变胖的老鼠。在这2组老鼠体内沉默2种microRNA表达,结果都显示这2组老鼠肝细胞和脂肪细胞中葡萄糖代谢得到改善。
microRNA的抑癌功能
在急性骨髓性白血病中,研究人员筛查出几种可能与人类c-kit mRNA的3′UTR区结合的miRNAs。内嵌在c-kit mRNA CpG岛上的miR-193a序列发生了超甲级化,且miR-193a水平与c-kit水平呈现负相关。
研究人员利用合成miR-193a转染和DNA低甲基化试剂处理等方法证实,在c-kit 突变和c-kit过表达的癌细胞中恢复miR-193a可显著降低c-kit RNA和蛋白质水平,并抑制癌细胞生长。
microRNA参与狼疮炎症因子的调控机制

RNAi干扰基因的表达
miR-125a直接负调节T细胞中促RANTES分泌的主要转录因子klf13的表达,从而降低T细胞分泌的炎症性趋化因子RANTES的水平。狼疮病人外周血T细胞中miR-125a的水平明显低于正常人。患者T细胞激活后,KLF13和RANTES的表达水平较正常对照组相比也明显增高,当在病人T细胞中过表达miR-125a,可降低这一过程中KLF13和RANTES的表达。
这些研究提示狼疮患者miR-125a表达缺陷可能是其体内RANTES水平异常升高的原因之一,miR-125a可能作为一个新的药物干预靶点,定向干预miR-125a的表达水平可发展为狼疮新的治疗手段。
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RNA的种类
RNA作为DNA的转录产物,在生物体内发挥表达、运输和干扰等重要作用。它的种类繁多,如 MicroRNA、RNAi、siRNA、mRNA和tRNA,前3种在机体内干扰mRNA的表达,从而沉默基因;后2种是基因表达的必需RNA。
RNA的作用
RNA一度被认为仅仅是DNA和蛋白质之间的“过渡”,但越来越多的证据清楚的表明,RNA在生命的进程中扮演的角色远比我们早前设想的更为重要。RNA干扰(RNA interference)的发现使得人们对RNA调控基因表达的功能有了全新的认识,更因为可以简化/替代基因敲除而成为研究基因功能的有力工具,因此格外引人注意。
RNA世界的起源假说

RNA的空间结构
人们从不同生物中获得了数10种Ribozyme,有切割型的也有剪接型的,既能催化自身反应也能催化其它分子反应。此时,Ribozyme已被确认具有完全意义上的催化酶功能。Cech和Altman也因为此项极具轰动效应的发现分享了1989年的诺贝尔化学奖。
鉴于RNA既可作为信息载体,又具有催化功能,换句话说就是既有DNA作用又可发挥蛋白质功能,人们自然会想到在生命起源之处最早出现的生命分子是RNA,而不是DNA或蛋白质。1986年,Harvard大学的W.Gilbert在Nature上正式撰文阐述这个话题,并首次提出了“RNA World”起源学说。
这一学说的中心是:在生命起源的早期阶段存在一个完全由RNA分子组成的分子系统,在这一体系中,系统的信息由RNA进行储存,一部分具有催化功能的RNA分子催化RNA自身信息的传递及RNA分子的自我复制;由于这一系统能够使信息得到储存及复制,所以这一系统能够生存并进化;最后,信息的储存由结构更加稳定的DNA分子代替,而催化功能由催化能力更强的蛋白质取代,从而形成了现代意义上的生命体系。
病毒起源的质疑
病毒是非细胞形态的生命体,具有一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质外壳构成的核—衣壳结构。法国生物学家Patrick Forterre认为,病毒处在物种进化的中心位置,并且其他物种的DNA都来自于病毒。由于RNA的不稳定,这些细胞的RNA极易形成小片段,这些小片段被蛋白质包裹起来,就形成了最初的病毒。这些病毒去侵染细胞,遭到细胞的抵抗,细胞产生出降解RNA的蛋白,来分解外来的RNA。这就是现在细胞降解外源RNA(RNAi)机制的起源。病毒也在进化,他们不断的修饰自己的基因组,使之由单链变成双链由RNA变成DNA,所以就更加稳定,抵御住了宿主的降解。然后这些病毒就在宿主内生活下去,由于DNA比RNA有更好的稳定性,所以就取代了宿主RNA,成为胞内唯一的遗传物质。所以,细胞DNA来源于病毒DNA,细胞核源于病毒。
这一假说遭到很多人的质疑,他们认为在DNA出现之前,不可能存在如此复杂的生命系统,所以Patrick Forterre假说的前体就不成立。
确实,从进化的角度似乎应该是先有RNA,后才出现DNA。从纯化学角度考虑也是如此:1)RNA分子比较简单,只有一条链,DNA分子却很复杂,有两条链,按照进化规律,简单的分子总是最先出现;2)RNA分子 中核糖的C2位上有羟基,较之DNA分子上的脱氧核糖,前者的化学性质很活泼,从而使得RNA链不稳定,按照从不稳定向更稳定的进化方向,也是RNA先出 现才对。

