【专题讨论】MicroRNAs的发现、起源和研究概述

MicroRNAs（miRNAs）是一种小的内源性RNA分子，大约由21－25个核苷酸组成。这些小的miRNA通常靶向一个或者多个mRNA，通过翻译水平的抑制或者断裂靶标mRNAs而调节基因的表达。
Discovery（发现）：
1993年，Lee，Feinbaum和Ambros等人发现在线虫体内存在一种RNA（lin-4），是一种不编码蛋白但却可以生成一对小的RNA转录本，每一个转录本能在翻译水平通过抑制一种核蛋白lin-14的表达而调节了线虫的幼虫发育进程。对于出现这种现象的原因，科学家们猜测是由于基因lin-14的mRNA的3’UTR区独特的重复序列和lin-4之间有部分的序列互补造成的。在第一幼虫阶段的末期降低lin-14的表达将启动发育进程进入第二幼虫阶段。7年后科学家又发现了第二个miRNA－let-7，let-7相似于lin-4，同样可以调节线虫的发育进程。
自从let-7发现以来，应用随机克隆和测序、生物信息学预测的方式，又分别在众多生物体如病毒、家蚕和灵长类动物中发现了成千的miRNAs。被鉴定的miRNAs均被miRBase网站整理并加以注释。此网站由著名的Sanger研究所主办，并对公众开放。（http://microrna.sanger.ac.uk/）
Biogenesis（起源）：
miRNAs起源于内源性表达转录本，是长约21-25nt的双链RNA分子，其典型特征是具有发卡结构。图1表述了对当前miRNA和siRNA起源的理解。miRNA途径开始于一个miRNA基因的pri-miRNA（Primary miRNA）转录本（step 1）；这个70－100nt的发卡RNAs（pri-miRNA）在核内被核糖核酸酶Drosha加工处理而最终成为pre-miRNA（Precursor miRNA，）（step 2）；之后pre-miRNA被核输出蛋白exportin 5转运入胞质（step 3），接着被第二个核糖核酸酶Dicer消化为21－25nt的miRNA（step 4）；这个阶段的miRNA可以结合RISC（RNA-Induced Silencing Complex）并与靶标mRNA互补并列（step5－6）；miRNA和靶序列的互补程度决定了靶基因mRNA要不在翻译水平被部分抑制，要不完全断裂（step 7）。植物体中，断裂似乎是主要的工作方式，而哺乳动物中则以翻译水平的抑制为主要方式。
siRNA途径是由导入外源的双链RNA（dsRNA）所触发的一种进化上保守的反应（step A）；这种双链的dsRNA被核糖核酸酶Dicer消化为大约21－23nt的siRNA（small interfering RNAs）（step B）；siRNA又与RISC相互作用导致siRNA双链的解离并与靶标mRNA互补并列（step C－D）；siRNA与它的靶标mRNA有近乎完美的互补，从而导致mRNA在这些互补位点直接断裂（step E）；科学家们就是人为的设计这种dsRNA或者siRNA达到对靶基因的降解。这些合成的沉默试剂作为一种新的生物学工具，极大的促进了新基因鉴定、基因功能分析和信号通路的研究。
Research Areas（研究领域）：
miRNA Profiling（miRNA表达谱）：
由于miRNAs在众多程序的调控，诸如生物发育、细胞增殖和凋亡以及近来被证明与肿瘤发生相关等领域发挥作用，因此miRNAs的鉴定和定性研究成为迅速发展的一大研究领域。最典型的鉴定miRNAs的方法是检测miRNA的表达谱，如果发现某一种miRNA在某种特定组织或细胞中特异性表达的话，此miRNA将被假定在此特定组织或细胞中发挥某种调控作用。同样，如果某一种miRNA在生物特殊发育阶段表达的话，则它有可能是调控发育进程一个主要分子。miRNA的表达谱可以通过克隆特定组织、细胞或者某个生物体特定发育阶段的miRNA并测序完成，或者通过芯片检测得以完成。克隆和测序miRNAs是目前最常用的一种方法，虽然相当费时费力，但却可以发现新的miRNAs；而芯片检测虽然是一种高通量的检测方法，但只能检测已知的miRNAs表达水平。
miRNA Functional Analysis（miRNA功能分析）
随着成百上千的microRNA在植物、动物和病毒中被鉴定出来后，通过抑制细胞中miRNA的表达水平来研究miRNA的功能迅速发展为一个重要的研究领域。在此期间，miRANs在生理状态下的靶标须待鉴定，因此在探索miRNA功能的过程中运用人工合成的miRNA抑制剂成为一种重要的研究工具。miRNA的活性可以通过对与内源性miRNAs互补的磷酰二胺吗啉代反义寡核苷酸（morpholino phosphorodiamidate anti-sense oligonucleotides ）的化学修饰阻断。另外，反义阻断的核苷酸（locked-nucleic acid, LNA）具有更高的结合亲和力，通常被用来抑制人体细胞的miRNA。LNA修饰的探针也用来检测miRNAs的定位和表达方式。

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