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小分子核糖核酸

十月 05, 2023

小分子核糖核酸（英語：microRNA，缩写miRNA），又稱微RNA[1]（微核糖核酸），是真核生物中廣泛存在的一種長約21到23個核苷酸的RNA分子，可調節其他基因的表达[2][3]。miRNA來自一些從DNA轉錄而來，但無法進一步轉譯成蛋白質的RNA（屬於非編碼RNA）。miRNA通過與目標mRNA结合，進而抑制转录後的基因表达[4]，在调控基因表达、细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用。在动物中，一个miRNA通常可以调控数十个基因。

小分子核糖核酸（miRNA）与mRNA作用的图
miRNA茎环的实例，成熟miRNA显示为红色
甘藍pre-microRNA中的莖環（stem-loop）二級結構。

這些RNA是從初級轉錄本（primary transcript）出來的，也就是pri-miRNA，轉變成為稱為pre-miRNA的莖環結構，最後成為具有功能的成熟miRNA。

1989年，Victor发现秀丽隐杆线虫（C. elegans）中有个基因 lin-4 抑制另一个基因 lin-14。他们认为 lin-4 应该也表达一种调控蛋白质，因为基因转录成RNA并翻译成蛋白质是当时认为的公理。不過1993年，Victor的学生 Rosalind Lee 和 Phonda Feinbaum 克隆出了 lin-4，却发现这个基因非常小，不足以做出蛋白質，而且这个基因的产物確實也不是蛋白质，而是一个长度只有22个核苷酸的RNA，後來人們又發現此miRNA可以和其他蛋白質結合，阻斷其他表現，最終產生上述的基因抑制現象。它是由单链的RNA分子产生，这个分子的一端折回来形成不完全的互补配对，称“莖環”[5]。

pri-miRNA长度大约为300~1000个碱基，pri-miRNA经过一次加工后，成为pre-miRNA即microRNA前体，长度大约为70~90个碱基；pre-miRNA再经过Dicer酶酶切后，成为长约20~24nt的成熟miRNA。实际研究中，pre-miRNA应用最早，也最广泛。近年研究发现microRNA的双臂对成熟miRNA的形成有着十分重要的作用。

与小分子siRNAs相比，miRNA在分子特性等方面是相似的，但也存在不少的差异。siRNA是双股RNA，3'端有2个非配对碱基，通常为UU；miRNA是单股RNA。siRNAs是由dsRNA在Dicer酶切割下产生，而成熟miRNAs的产生要复杂一些，首先pri-miRNA在核内由一种称为Drosha酶处理后成为大约70nt的带有茎环结构的Precursor miRNAs（pre-miRNAs），这些pre-miRNAs再在Exportin-5帮助下转运到细胞核外之后再由胞质Dicer酶进行处理，酶切后成为成熟的miRNAs。

生命的一些重要活动如幼虫的生长发育、细胞的发生和分化、神经系统的分化等都被一些非编码蛋白的小RNA的调控，而除miRNA、siRNA以外的小RNA我们目前知之甚少。

命名规则 编辑

miR-前缀后面所跟着的数字，代表命名的顺序，比如，miR-124比miR-456发现得早。

“miR-”代表成熟的miRNA、“mir-”代表pre-miRNA和pri-miRNA、“MIR”代表编码miRNA的基因[6]。

miRNA几乎全是独一的编码顺序，但对于拥有一两个碱基不同的则会被标上字母以示，例如，miR-124a与miR-124b。 若成熟的miRNA相同，但pre-miRNA和pri-miRNA和编码他们的基因来自于不同的基因组，则使用数字来表示，例如，mir-194-1和mir-194-2表示两个pre-， pri-miRNA剪切后的成熟miRNA是完全相同的，但却是两个不同的来源。

前缀的三个字母代表了不同的种族来源，例如，hsa-miR-194代表miRNA来源于人类，oar-miR-124来源于绵羊。

对于形成pre-，pri-miRNA莖環的两端miRNA， 通常一端在数量上远远超过另一端。数量优势的一端往往称为guide strand，而另一端被称为passenger strand，通常被大量降解，用*号来表示，例如miR-124和miR-124*。

生物合成機制 编辑

 

有多達40％的miRNA位於其他基因的內含子或甚至外顯子中[7]。他們通常（但不限於）在有義方向被發現[8][9]，因此它們通常與他們宿主基因一起調節[7][10][11]。 位於DNA模板上的序列，並非成熟miRNA的最終編碼：有6％的人類miRNA有RNA編輯的現象，RNA上特定位置的修飾，會產生和他們DNA不同的產物。這增加了miRNA作用的多樣性和範圍，遠超過了基因組單獨引起的作用。

轉錄 编辑

miRNA基因通常由RNA聚合酶Ⅱ轉錄[12][13]，聚合酶常常會結合到DNA序列附近的啟動子，並將其編碼成前miRNA的髮夾環。 所得到的轉錄產物，上有5'端帽及多聚腺苷酸尾並已被剪接。動物的miRNA最初轉錄為約80個核苷酸的RNA莖環，其會交互形成幾百個核苷酸長的miRNA前體，稱作pri-miRNA[12][8]。當在3'UTR(3'非編碼區)中發現莖-環前體時，該轉錄物可以作為pri-miRNA和mRNA[8]。 此外，RNA聚合酶Ⅲ也會轉錄一些miRNA，特別是具有上游Alu元件的、tRNA或哺乳動物寬分散重複(mammalian-wide interspersed repeats)啟動子單元[14]。

核加工 编辑

 
人類Drosha蛋白的X射線晶體結構與兩個DGCR8分子（綠色）的C端螺旋複合體。Drosha包含兩個核糖核酸酶III結構區域（藍色和橙色），雙鏈RNA結合結構區域(黃色)，以及含有結合兩個鋅離子的平台結構域（灰色）。來源：PDB 5B16.

單個pri-miRNA可以含有1至6個miRNA precursor，這些髮夾環結構各自由約70個核苷酸組成，而每個髮夾的側翼包含了RNA加工的必要序列。 在pri-miRNA中髮夾的雙鏈RNA（dsRNA）結構，會被稱為DiGeorge綜合症關鍵區8（DGCR8或無脊椎動物中的“Pasha”）的核蛋白所識別。隨後DGCR8與Drosha酵素結合形成微加工複合體(Microprocessor complex)[15][16]。

在該複合物中，DGCR8使Drosha的RNase III催化結構區域定向，藉此從髮夾鹼基中切割約11個核苷酸，從而釋放pri-miRNA的髮夾彎[17][18]。所得產物在其3'端具有兩個核苷酸的突出端，其也具有3'羥基和5'磷酸基團。它通常被稱為前miRNA（pre-miRNA）。有許多對於有效加工重要的pre-miRNA下游的序列基序(Sequence motif)，已被識別鑑定了[19][20][21]。

而對於那些繞過微加工複合體，直接剪接出內含子的前miRNA，被稱為“Mirtrons”。其最初被認為只存在於果蠅和秀麗隱桿線蟲中，然而現在已經在哺乳動物中發現其存在[22]。 有多達16％的pre-miRNA可以透過核RNA編輯改變[23][24][25]，其中最常見地，如腺苷脫氨酶作用於RNA（ADAR）上的腺苷至肌苷（A至I）轉換。另外，RNA編輯也能停止核加工(例如pri-miR-142，其會導致核糖核酸酶Tudor-SN的降解)，並改變下游流程包括細胞質miRNA的加工與目標專一性(像是改變中樞神經系統中miR-376的種子區域)[23]。

核輸出 编辑

 
人類exportin-5蛋白（紅色）與Ran-GTP（黃色）複合物和pre-miRNA（綠色）及雙核苷酸突出端識別元件（橙色）。來源：PDB 3A6P.

核細胞穿梭蛋白Exportin-5涉及前miRNA髮夾從細胞核輸出的過程。這種蛋白質是karyopherin家族的一個成員，它會識別前miRNA髮夾的3'末端，由RNase III酶與Drosha遺留的兩個核苷酸的突出端。 Exportin-5-mediated介導運輸到細胞質是能量依賴的(主動運輸)，其使用GTP來綁定Ran蛋白。[26]

細胞質加工 编辑

在細胞質中，前miRNA髮夾會被由RNaseIII酶Dicer所切割[27] ，該內切核糖核酸酶與miRNA髮夾的5'和3'端相互作用並切除連接3'和5'臂的環[28] ，產生長度為22個核苷酸的不完全的miRNA：miRNA*雙鏈體[27] 。整個髮夾長度和環尺寸都會影響Dicer的加工效率。由於RNA的不完全配對性質，miRNA：miRNA*雙鏈體的配對程度也會影響切割[27][29] 。

此外，一些富含G的pre-miRNA可以潛在地利用G-四聯體，來替代典型的莖-環結構。 例如，人的pre-miRNA 92B就使用G-四聯體，來抵抗Dicer在細胞質中的介導切割。[30] 雖然雙鏈體的任一鏈，皆可作為潛在作用的功能miRNA，但通常只有一條鏈會摻入RNA誘導沉默複合體（RISC）中，在其中該miRNA會與其目標mRNA相互作用。


植物中的生物合成 编辑

在植物中miRNA的生物合成與動物的最大差異，主要是在於核加工和輸出的過程中：其不像動物使用兩種不同的切割酶(一種位於核內部、一種位於核外部)。植物的兩種切割，都是利用稱為Dicer-like1（DL1）(Dicer同源物)進行，由於DL1僅在植物的細胞核中表達，這表明這兩種切割都在核內發生。在植物miRNA：miRNA *雙鏈體被轉運出細胞核之前，其3'突出端會被稱為Hua-Enhancer1（HEN1）的RNA甲基轉移蛋白甲基化，然後透過稱為Hast（HST）的蛋白質（Exportin 5蛋白的同源物）將雙鏈體從細胞核運出到細胞質中，在那裡它們會分解並且生成成熟的miRNA，來結合到RISC中。[31]

参考文献 编辑

  1. ^ 存档副本. [2021-07-06]. （原始内容于2021-07-09）. 
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外部連結 编辑

  • Internet registry for microRNA expression profiles. The server is part of .
  • A tutorial on miRNAs by Ambion （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • Web server implementing SVM based prediction of microRNA precursors. Also incorporates companion web server .The servers are part of .
  • 微RNA实验方法 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

參見 编辑

十月 05, 2023
小分子核糖核酸, 英語, microrna, 缩写mirna, 又稱微rna, 微核糖核酸, 是真核生物中廣泛存在的一種長約21到23個核苷酸的rna分子, 可調節其他基因的表达, mirna來自一些從dna轉錄而來, 但無法進一步轉譯成蛋白質的rna, 屬於非編碼rna, mirna通過與目標mrna结合, 進而抑制转录後的基因表达, 在调控基因表达, 细胞周期, 生物体发育时序等方面起重要作用, 在动物中, 一个mirna通常可以调控数十个基因, mirna, 与mrna作用的图mirna茎环的实例, 成熟mi. 小分子核糖核酸 英語 microRNA 缩写miRNA 又稱微RNA 1 微核糖核酸 是真核生物中廣泛存在的一種長約21到23個核苷酸的RNA分子 可調節其他基因的表达 2 3 miRNA來自一些從DNA轉錄而來 但無法進一步轉譯成蛋白質的RNA 屬於非編碼RNA miRNA通過與目標mRNA结合 進而抑制转录後的基因表达 4 在调控基因表达 细胞周期 生物体发育时序等方面起重要作用 在动物中 一个miRNA通常可以调控数十个基因 小分子核糖核酸 miRNA 与mRNA作用的图miRNA茎环的实例 成熟miRNA显示为红色甘藍pre microRNA中的莖環 stem loop 二級結構 這些RNA是從初級轉錄本 primary transcript 出來的 也就是pri miRNA 轉變成為稱為pre miRNA的莖環結構 最後成為具有功能的成熟miRNA 1989年 Victor发现秀丽隐杆线虫 C elegans 中有个基因 lin 4 抑制另一个基因 lin 14 他们认为 lin 4 应该也表达一种调控蛋白质 因为基因转录成RNA并翻译成蛋白质是当时认为的公理 不過1993年 Victor的学生 Rosalind Lee 和 Phonda Feinbaum 克隆出了 lin 4 却发现这个基因非常小 不足以做出蛋白質 而且这个基因的产物確實也不是蛋白质 而是一个长度只有22个核苷酸的RNA 後來人們又發現此miRNA可以和其他蛋白質結合 阻斷其他表現 最終產生上述的基因抑制現象 它是由单链的RNA分子产生 这个分子的一端折回来形成不完全的互补配对 称 莖環 5 pri miRNA长度大约为300 1000个碱基 pri miRNA经过一次加工后 成为pre miRNA即microRNA前体 长度大约为70 90个碱基 pre miRNA再经过Dicer酶酶切后 成为长约20 24nt的成熟miRNA 实际研究中 pre miRNA应用最早 也最广泛 近年研究发现microRNA的双臂对成熟miRNA的形成有着十分重要的作用 与小分子siRNAs相比 miRNA在分子特性等方面是相似的 但也存在不少的差异 siRNA是双股RNA 3 端有2个非配对碱基 通常为UU miRNA是单股RNA siRNAs是由dsRNA在Dicer酶切割下产生 而成熟miRNAs的产生要复杂一些 首先pri miRNA在核内由一种称为Drosha酶处理后成为大约70nt的带有茎环结构的Precursor miRNAs pre miRNAs 这些pre miRNAs再在Exportin 5帮助下转运到细胞核外之后再由胞质Dicer酶进行处理 酶切后成为成熟的miRNAs 生命的一些重要活动如幼虫的生长发育 细胞的发生和分化 神经系统的分化等都被一些非编码蛋白的小RNA的调控 而除miRNA siRNA以外的小RNA我们目前知之甚少 目录 1 命名规则 2 生物合成機制 2 1 轉錄 2 2 核加工 2 3 核輸出 2 4 細胞質加工 2 5 植物中的生物合成 3 参考文献 4 外部連結 5 參見命名规则 编辑miR 前缀后面所跟着的数字 代表命名的顺序 比如 miR 124比miR 456发现得早 miR 代表成熟的miRNA mir 代表pre miRNA和pri miRNA MIR 代表编码miRNA的基因 6 miRNA几乎全是独一的编码顺序 但对于拥有一两个碱基不同的则会被标上字母以示 例如 miR 124a与miR 124b 若成熟的miRNA相同 但pre miRNA和pri miRNA和编码他们的基因来自于不同的基因组 则使用数字来表示 例如 mir 194 1和mir 194 2表示两个pre pri miRNA剪切后的成熟miRNA是完全相同的 但却是两个不同的来源 前缀的三个字母代表了不同的种族来源 例如 hsa miR 194代表miRNA来源于人类 oar miR 124来源于绵羊 对于形成pre pri miRNA莖環的两端miRNA 通常一端在数量上远远超过另一端 数量优势的一端往往称为guide strand 而另一端被称为passenger strand 通常被大量降解 用 号来表示 例如miR 124和miR 124 生物合成機制 编辑 nbsp 有多達40 的miRNA位於其他基因的內含子或甚至外顯子中 7 他們通常 但不限於 在有義方向被發現 8 9 因此它們通常與他們宿主基因一起調節 7 10 11 位於DNA模板上的序列 並非成熟miRNA的最終編碼 有6 的人類miRNA有RNA編輯的現象 RNA上特定位置的修飾 會產生和他們DNA不同的產物 這增加了miRNA作用的多樣性和範圍 遠超過了基因組單獨引起的作用 轉錄 编辑 miRNA基因通常由RNA聚合酶 轉錄 12 13 聚合酶常常會結合到DNA序列附近的啟動子 並將其編碼成前miRNA的髮夾環 所得到的轉錄產物 上有5 端帽及多聚腺苷酸尾並已被剪接 動物的miRNA最初轉錄為約80個核苷酸的RNA莖環 其會交互形成幾百個核苷酸長的miRNA前體 稱作pri miRNA 12 8 當在3 UTR 3 非編碼區 中發現莖 環前體時 該轉錄物可以作為pri miRNA和mRNA 8 此外 RNA聚合酶 也會轉錄一些miRNA 特別是具有上游Alu元件的 tRNA或哺乳動物寬分散重複 mammalian wide interspersed repeats 啟動子單元 14 核加工 编辑 nbsp 人類Drosha蛋白的X射線晶體結構與兩個DGCR8分子 綠色 的C端螺旋複合體 Drosha包含兩個核糖核酸酶III結構區域 藍色和橙色 雙鏈RNA結合結構區域 黃色 以及含有結合兩個鋅離子的平台結構域 灰色 來源 PDB 5B16 單個pri miRNA可以含有1至6個miRNA precursor 這些髮夾環結構各自由約70個核苷酸組成 而每個髮夾的側翼包含了RNA加工的必要序列 在pri miRNA中髮夾的雙鏈RNA dsRNA 結構 會被稱為DiGeorge綜合症關鍵區8 DGCR8或無脊椎動物中的 Pasha 的核蛋白所識別 隨後DGCR8與Drosha酵素結合形成微加工複合體 Microprocessor complex 15 16 在該複合物中 DGCR8使Drosha的RNase III催化結構區域定向 藉此從髮夾鹼基中切割約11個核苷酸 從而釋放pri miRNA的髮夾彎 17 18 所得產物在其3 端具有兩個核苷酸的突出端 其也具有3 羥基和5 磷酸基團 它通常被稱為前miRNA pre miRNA 有許多對於有效加工重要的pre miRNA下游的序列基序 Sequence motif 已被識別鑑定了 19 20 21 而對於那些繞過微加工複合體 直接剪接出內含子的前miRNA 被稱為 Mirtrons 其最初被認為只存在於果蠅和秀麗隱桿線蟲中 然而現在已經在哺乳動物中發現其存在 22 有多達16 的pre miRNA可以透過核RNA編輯改變 23 24 25 其中最常見地 如腺苷脫氨酶作用於RNA ADAR 上的腺苷至肌苷 A至I 轉換 另外 RNA編輯也能停止核加工 例如pri miR 142 其會導致核糖核酸酶Tudor SN的降解 並改變下游流程包括細胞質miRNA的加工與目標專一性 像是改變中樞神經系統中miR 376的種子區域 23 核輸出 编辑 nbsp 人類exportin 5蛋白 紅色 與Ran GTP 黃色 複合物和pre miRNA 綠色 及雙核苷酸突出端識別元件 橙色 來源 PDB 3A6P 核細胞穿梭蛋白Exportin 5涉及前miRNA髮夾從細胞核輸出的過程 這種蛋白質是karyopherin家族的一個成員 它會識別前miRNA髮夾的3 末端 由RNase III酶與Drosha遺留的兩個核苷酸的突出端 Exportin 5 mediated介導運輸到細胞質是能量依賴的 主動運輸 其使用GTP來綁定Ran蛋白 26 細胞質加工 编辑 在細胞質中 前miRNA髮夾會被由RNaseIII酶Dicer所切割 27 該內切核糖核酸酶與miRNA髮夾的5 和3 端相互作用並切除連接3 和5 臂的環 28 產生長度為22個核苷酸的不完全的miRNA miRNA 雙鏈體 27 整個髮夾長度和環尺寸都會影響Dicer的加工效率 由於RNA的不完全配對性質 miRNA miRNA 雙鏈體的配對程度也會影響切割 27 29 此外 一些富含G的pre miRNA可以潛在地利用G 四聯體 來替代典型的莖 環結構 例如 人的pre miRNA 92B就使用G 四聯體 來抵抗Dicer在細胞質中的介導切割 30 雖然雙鏈體的任一鏈 皆可作為潛在作用的功能miRNA 但通常只有一條鏈會摻入RNA誘導沉默複合體 RISC 中 在其中該miRNA會與其目標mRNA相互作用 植物中的生物合成 编辑 在植物中miRNA的生物合成與動物的最大差異 主要是在於核加工和輸出的過程中 其不像動物使用兩種不同的切割酶 一種位於核內部 一種位於核外部 植物的兩種切割 都是利用稱為Dicer like1 DL1 Dicer同源物 進行 由於DL1僅在植物的細胞核中表達 這表明這兩種切割都在核內發生 在植物miRNA miRNA 雙鏈體被轉運出細胞核之前 其3 突出端會被稱為Hua Enhancer1 HEN1 的RNA甲基轉移蛋白甲基化 然後透過稱為Hast HST 的蛋白質 Exportin 5蛋白的同源物 將雙鏈體從細胞核運出到細胞質中 在那裡它們會分解並且生成成熟的miRNA 來結合到RISC中 31 参考文献 编辑 存档副本 2021 07 06 原始内容存档于2021 07 09 Ambros V The functions of animal microRNAs Nature Sep 16 2004 431 7006 350 5 PMID 15372042 doi 10 1038 nature02871 Bartel DP MicroRNAs genomics biogenesis mechanism and function Cell Jan 23 2004 116 2 281 97 PMID 14744438 doi 10 1016 S0092 8674 04 00045 5 Bartel DP MicroRNAs target recognition and regulatory functions Cell January 2009 136 2 215 33 PMC 3794896 nbsp PMID 19167326 doi 10 1016 j cell 2009 01 002 Ruvkun G 1 Giusto J The Caenorhabditis elegans heterochronic gene lin 14 encodes a nuclear protein that forms a temporal developmental switch Nature Mar 1989 338 6213 313 9 PMID 2922060 doi 10 1038 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HairpinFetcher The servers are part of RNA IGIB 微RNA实验方法 页面存档备份 存于互联网档案馆 參見 编辑 nbsp 分子生物学主题 nbsp 遗传学主题 小干扰RNA siRNA RNA干扰 RNAi 基因表現 取自 https zh wikipedia org w index php title 小分子核糖核酸 amp oldid 70514953, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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