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干貨 | 一文讀懂miRNA的生物合成、調(diào)控機(jī)制及研究熱點(diǎn)
轉(zhuǎn)錄組（transcriptome）廣義上指某一生理?xiàng)l件下，細(xì)胞內(nèi)所有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的集合，包括mRNA、核糖體RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA及非編碼RNA等，而在眾多的RNA類型中，越來(lái)越多的研究者將目光聚焦到miRNA的研究中。miRNA是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其長(zhǎng)度約19~25nt。miRNA主要通過(guò)參與基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因的表達(dá)調(diào)節(jié)。目前，已有大量的研究結(jié)果表明，miRNA在動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育、機(jī)體疾病的發(fā)生發(fā)展等領(lǐng)域中備受關(guān)注。
miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ的作用下轉(zhuǎn)錄生成長(zhǎng)度約為幾千個(gè)堿基的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本（pri-miRNA）。隨后，在蛋白復(fù)合物Drosha-DGCR8的作用下進(jìn)一步被加工成具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體miRNA（pre-miRNA），pre-miRNA在Ran-GTP-Exportin-5轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助下從核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。在細(xì)胞質(zhì)中，pre-miRNA被Dicer-TRBP識(shí)別，并通過(guò)對(duì)莖環(huán)結(jié)構(gòu)的剪切和修飾，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成 miRNA二聚體。其中一條鏈迅速降解，另一條鏈被轉(zhuǎn)載進(jìn)AGO2蛋白中，形成RISC（RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體），最終生成成熟的、具有功能單鏈miRNA。
miRNA的發(fā)生和功能
隨著科研人員對(duì)miRNA研究的深入，幾百種動(dòng)植物的不同miRNA被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，它們的功能具有多樣性，不僅有大家了解的干擾作用，還可以通過(guò)結(jié)合靶基因，引起靶mRNA的降解或翻譯的抑制。近日，一篇題為“Combination therapy with miR34a and doxorubicin synergistically inhibits Dox-resistant breast cancer progression via down-regulation of Snail through suppressing Notch/NF-κB and RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathway”的miRNA調(diào)控機(jī)制的文章發(fā)表在《Acta Pharm Sin B》，該文章的整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，作者首先篩選microRNA34a (miR34a)作為研究目標(biāo)，探討了miR34a對(duì)乳腺癌阿霉素（Dox）耐藥的逆轉(zhuǎn)作用及其可能的機(jī)制，miR34a已被證明可通過(guò)多個(gè)靶標(biāo)參與各種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。在乳腺癌中，轉(zhuǎn)染miR34a顯著抑制Dox耐藥的MCF-7/A細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移并誘導(dǎo)其凋亡，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，與Dox敏感MCF-7細(xì)胞相比，MCF-7/A細(xì)胞中Snail基因的蛋白質(zhì)和mRNA表達(dá)均顯著上調(diào)，轉(zhuǎn)染Snail小干擾RNA（siRNA）可以抑制Dox耐藥MCF-7/A細(xì)胞的侵襲、遷移和粘附，而Snail高表達(dá)可以顯著促進(jìn)MCF-7細(xì)胞的侵襲、遷移和粘附，在MCF-7/A細(xì)胞中用miR34a轉(zhuǎn)染可誘導(dǎo)Snail表達(dá)降低。通過(guò)靶基因預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)miR34a與Snail 3''UTR的具有潛在結(jié)合位點(diǎn)，并通過(guò)熒光素酶報(bào)告基因方法進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，與單獨(dú)的miR34a或Dox處理相比，聯(lián)合使用miR34a和Dox可在MCF-7/A細(xì)胞中誘導(dǎo)更強(qiáng)的Snail減少。此外，研究還首次發(fā)現(xiàn)miR34a聯(lián)合Dox可通過(guò)抑制MCF-7/A細(xì)胞中的Notch/NF-κB和RAS/RAF/MEK/ERK通路，顯著抑制Snail的表達(dá)。體內(nèi)研究表明，與單獨(dú)使用Dox相比，miR34a和Dox的聯(lián)合使用顯著減緩了MCF-7/A裸鼠異種移植模型中的腫瘤生長(zhǎng)，這表現(xiàn)為Snail的下調(diào)和腫瘤異種移植中的促凋亡作用。這些結(jié)果共同強(qiáng)調(diào)了miR34a驅(qū)動(dòng)的Snail調(diào)節(jié)在耐藥性中的相關(guān)性，并且miR34a和Dox的共同給藥可能在未來(lái)的臨床中產(chǎn)生有效的治療結(jié)果。
miR34a和 Dox在 MCF-7/A細(xì)胞中協(xié)同抗腫瘤作用途徑
隨著高通量測(cè)序技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于高通量測(cè)序技術(shù)的miRNA測(cè)序是鑒定和定量解析miRNA的新方法和有力工具，突破了其他研究手段的局限性。近年來(lái)，關(guān)于miRNA的生物學(xué)作用逐漸被熟知，作為研究較為成熟的非編碼RNA，miRNA在以下幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸深入和完善：
1. 分子標(biāo)記
研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞、組織細(xì)胞的狀態(tài)與microRNA的水平息息相關(guān)。如果能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)的microRNA水平，就可能知道細(xì)胞的狀態(tài)，甚至提早預(yù)測(cè)細(xì)胞發(fā)育的下一步動(dòng)向，這也是microRNA應(yīng)用于癌癥監(jiān)測(cè)的重要原理之一。如，Volina 等分析540份病人的相關(guān)實(shí)體瘤標(biāo)本中的miRNA，從而確定miRNA-17-59/20a/21/92/106a/15 為腫瘤miRNA標(biāo)志物。
2. 疾病治療
在臨床醫(yī)學(xué)中，通過(guò)將microRNA或者microRNA拮抗劑（往往是與microRNA配對(duì)的序列）導(dǎo)入病人體內(nèi)，來(lái)提高或者降低體內(nèi)microRNA的水平，從而起到調(diào)節(jié)下游基因表達(dá)，最終實(shí)現(xiàn)治療效果。如，miR-122是丙肝病毒感染時(shí)會(huì)誘導(dǎo)肝臟釋放出一種microRNA，對(duì)丙肝相關(guān)基因的表達(dá)起激活作用，而miR-122的拮抗劑可抑制miR-122的活性具有治療作用。
miR-122拮抗劑的作用原理
3. 人工miRNA
人工小分子RNA(artificial microRNA，amiRNA)技術(shù),是利用天然miRNA生成和作用原理設(shè)計(jì)的,以一個(gè)或多個(gè)特定基因?yàn)榘袠?biāo)的小RNAs分子,它能夠高效、特異地抑制基因的表達(dá)。amiRNA可以沉默掉同一家族的不同蛋白質(zhì)，因此頗受廣大科研工作者的青睞。
商業(yè)化人工microRNA載體pChlamiRNA3
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參考文獻(xiàn)
[1] Yang X , Shang P , Yu B , et al. Combination therapy with miR34a and doxorubicin synergistically inhibits Dox-resistant breast cancer progression via down-regulation of Snail through suppressing Notch/NF-κB and RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathway - ScienceDirect[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2021.
[2] Walid, A, Alsharafi, et al. miRNAs: biological and clinical determinants in epilepsy.[J]. Frontiers in molecular neuroscience, 2015.
[3] Volinia S ,? Calin G A ,? Liu C G , et al. A microRNA expression signature of human solid tumors defines cancer gene targets[J]. PNAS, 2006, 103(7):p.2257-2261.
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