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西亚试剂:近期miRNA研究新成果小结(二)

《细胞》miRNA研究新进展

来自荷兰癌症研究院(The Netherlands Cancer Institute,生物谷注)肿瘤生物学部,德国马克斯·普朗克生物物理化学研究院(Max-Planck-Institute for Biophysical Chemistry),丹麦哥本哈根大 
学等多国研究人员组成的研究团队发现了一种进化上保守的RNA结合蛋白能抑制几种miRNAs与其靶标mRNA位点相互作用,阻碍miRNA的功能。这不仅揭示了这种在保护某些mRNAs免受miRNA介导的抑制中的新作用,也揭示了miRNA调控中的一条新途径。这一研究成果公布在最新一期的《Cell》杂志上。

微小RNA (microRNA,简称miRNA)是生物体内源长度约为20-23个核苷酸的非编码小RNA,通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止,已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中,进化上高度保守。

在哺乳动物中,miRNAs的基因抑制作用是通过其一段长为6-8nt的核苷酸与mRNAs3’端非翻译区域相结合实现的,让研究人员感兴趣的是,不仅是miRNA靶标位点,而且在其邻近位置的序列也是进化上高度保守的。

因此在这篇文章中,研究人员假定mRNAs中保守区域也许具有作为miRNA活性调节的一个导入平台的功能,为了证明这一点,他们针对一个进化上保守的RNA结合蛋白(RNA-binding protein,RBP,生物谷注):Dnd1进行了研究。通过实验研究人员发现这种蛋白可以通过结合在mRNAs上,抑制miRNAs与其靶标位点相互作用,来阻碍人类细胞和斑马鱼中原代生殖细胞中几种miRNAs的功能。

进一步研究发现这种Dnd1的作用是通过miRNA靶定的mRNAs上尿嘧啶富集区域介导的,因此这一研究结果揭示了Dnd1在保护某些mRNAs免受miRNA介导的抑制中的新作用,也揭示了miRNA调控中的一条新途径。

2007年《Science》十大科学进展以microRNA、人工制造的微生物、新的计算机芯片材料等作为了2008年应该注意的领域,其中小分子RNA这个让人目眩神迷的“神奇小子”可以说发展前景不可限量。

然而无论从基础研究还是治疗药物学研究方面,小分子RNA研究还属于幼年期。2007年研究人员发现miRNAs这种非编码RNAs不仅只用于抑制基因表达,而且也具有转录激活这一完全相反的作用,同时在miRNA基础功能研究方面,研究人员还发现miRNA能引起肿瘤扩散,促进实体肿瘤转移,侵染其它组织,这些都说明对于miRNA的功能了解我们还尚未看清楚其“庐山真面目”。

在这一年里,研究人员也寻找到了miRNAs这一家族里的新成员,譬如金海玲等人发现long short interfering RNAs (lsiRNAs),林海帆等人确定了piRNA在基因中所起的关键作用等等,这些都说明小RNA家族和小RNA介导的基因调控远比之前预想的复杂。不知在2008年我们是否能看到更多的小RNA新家族呢?

而在RNAi技术方面,关键的传递方法07年也获得了一些进展:研究人员成功阐明了哺乳动物中与脂肪酸结合的siRNA如何被吸收的机制,这对于siRNA递送来说意义重大,近期来自国内的研究人员成功解决了把RNA干扰药物特异性导入体内细胞的难题——他们通过病毒载体,把人工合成的蛋白精确导入癌干细胞中,恢复了let-7的表达。相信在2008年将会有更多新鲜的miRNA成果纷纷呈递。

新突破:miRNA“卵生姐妹”

来自麻省理工与哈佛大学总医院(Broad Institute of Massachussetts Institute of Technology and Harvard University),德国欧洲分子生物学实验室,霍德华休斯医学院等多处著名研究机构的研究 
人员惊讶的发现了DNA执行功能的一种新方式,即两个互补形状“工具”能完成完全的不同功能。这一研究成果公布在2008年1月1日的《Genes & Development》杂志上。

领导这一研究的是MIT计算机科学与人工智能实验室的Manolis Kellis教授,第一作者为其博士后研究人员Alexander Stark。他们在这篇研究论文中发现一些miRNA基因并不仅仅来自DNA链中的一条,而是两条链都能编码RNA,从而得到的miRNAs能形成发夹结构,进入发育成成熟的miRNAs。Kellis and Stark在果蝇中发现了两种这样的miRNAs对,小鼠中发现了八对。

微小RNA(microRNA,简称miRNA)是生物体内源长度约为20-23个核苷酸的非编码小RNA,通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止,已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中,进化上高度保守。

反义转录,其产物就是与正义的RNA互补的反义RNA(或者称反义转录本),反义RNA可以通过与正义RNA的互补结合实现转录后基因沉默,从而控制基因表达。在这篇文章中发现Hox miRNA位点的反义转录(antisense transcription):miR-iab-4能产生一种新的miRNA前体——mir-iab-8,继而成为有调控活性的RNAs。这种异位表达(ectopical expressed)可以通过直接抑制Hox基因靶标产生同源异性表型(homeotic phenotype)。

Kellis表示,这种DNA双链都可以编码功能性RNA产物的方式“在之前从来就没有想象过”,但是这一研究结果证明确实存在这种方式,而且也说明在其它许多物种中,也许也存在这种双链DNA都编码重要功能的“配对组”。

这一发现建立在之前有关miRNA调控的一项同样令人惊讶的发现上:12月,Stark和Kellis报道了一个单miRNA发夹结构的双臂都能针对不同的靶标产生不同的,功能性miRNA。这两项发现说明单基因能编码产生4种不同功能——DNA双链的每条链都能产生一个发夹结构,而每个发夹结构能产生一种miRNA。

Kellis研究小组利用的是生物信息学手段进行多种生物基因组分析,即比较基因组学,通过这种方法他们在许多不同物种中发现了蛋白编码基因,RNAs,miRNAs,调控元件和个体调控的靶标,Kellis表示,“这代表着在基因组生物学研究中一种新阶段,即不仅在实验室中,利用计算机终端也能得到重要的成果。”

同时在1月《G&D》上的,来自纽约约斯隆/凯德琳癌症研究中心(Memorial Sloan-Kettering Cancer Center)发育生物学系的赖教授(Eric C.Lai)也有相似的发现,而来自哈佛医学院的Welcome Bender博士则证明了miR-iab-4的敲除揭示了一种从相反链转录的miRNA的存在,而且反义miRNA的缺失会引起一个hox基因的些轻微去抑制(derepression)。这些在果蝇和哺乳动物中发现的额外的反义miRNA说明这种新机制也许能增加科学家们对miRNA功能的多样化的了解。