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1、精選ppt,1,肌肉組織中的microRNA與Sirt1的關(guān)系,精選ppt,2,目錄,1.microRNA簡介,2.肌肉組織中microRNA的表達狀況,3. microRNA與Sirt1的相互關(guān)系,4.可能的研究思路,精選ppt,3,一、 microRNA簡介,1、microRNA的功能 microRNA 是一類非編碼的、長度的約22 個核苷酸RNA 分子,是基因表達的重要調(diào)控因子。miRNA廣泛存在于各種生物體中,它們通常在進化上是保守的,而有一些miRNA特定存在于某種生物體或其某種組織。miRNA 在細胞增殖、分化、凋亡和腫瘤發(fā)生等基本生物過程中起作用。 它的堿基數(shù)量占了人類全部基因組

2、的約1-3%,它參與了占總數(shù)約60%的基因編碼活動,其重要性不言而喻。,精選ppt,4,2.microRNA的來源與命名 大部分miRNA作為獨立的轉(zhuǎn)錄本被轉(zhuǎn)錄,但大約有1/3 嵌在蛋白編碼基因的內(nèi)含子中,稱為內(nèi)含子型miRNA 。一些內(nèi)含子miRNA 基因的位置在不同的物種中是高度保守的。miRNA 不僅在基因位置上保守, 序列上也呈現(xiàn)出高度的同源性。miRNA 高度的保守性與其功能的重要性有著密切的關(guān)系。miRNA 與其靶基因的進化有著密切的聯(lián)系, 研究其進化歷史有助于進一步了解其作用機制和功能。MicroRNA存在多種形式,最原始的是pri-miRNA,長度大約為3001000個堿基;p

3、ri-miRNA經(jīng)過一次加工后,成為pre-miRNA即microRNA前體,長度大約為7090個堿基;pre-miRNA再經(jīng)過Dicer酶酶切后,成為長約2024nt的成熟miRNA miRBase序列數(shù)據(jù)庫是存儲miRNA信息最主要的公共數(shù)據(jù)庫之一,提供公布的miRNA(microRNA)序列及注釋信息。目前miRBase(Release 18.0)記錄了18226個miRNA(microRNA)。,精選ppt,5,miRNA命名規(guī)范 miRNA(microRNA)成熟體命名規(guī)則(以動物miRNA為例) 確定命名規(guī)則之前發(fā)現(xiàn)的miRNA(microRNA),則保留原來名字,如hsa-let

4、-7。 miRNA(microRNA)成熟體簡寫成miR,再根據(jù)其物種名稱及被發(fā)現(xiàn)的先后順序加上阿拉伯?dāng)?shù)字,如hsa-miR-122; 高度同源的miRNA(microRNA)在數(shù)字后機上英文小寫字母(a,b,c,),如hsa-miR-34a,hsa-miR-34b,hsa-miR-34c等; 由不同染色體上的DNA序列轉(zhuǎn)錄加工而成的具有相同成熟體序列的 miRNA(microRNA),則在后面加上阿拉伯?dāng)?shù)字以示區(qū)分,如hsa-miR-199a-1和hsa-miR-199a-2; 通常一個miRNA(microRNA)前體長度大約為7080nt,很可能兩個臂分別產(chǎn)生miRNA(microRNA

5、)。如hsa-miR-26b-5p和hsa-miR-26b-3p,分別表明從hsa-mir-26b前體的5端臂和3端臂加工而來的。,精選ppt,3.miRNA的表達調(diào)控 miRNAs 通過與靶mRNA 3-UTRs 序列特異性互補,調(diào)節(jié)基因表達,導(dǎo)致翻譯抑制或使mRNA 失去穩(wěn)定性。對靶mRNA 結(jié)合特異性互補的主要決定因素是由miRNA 5末端Watson-Crick 2-8 個堿基配對核苷酸決定,稱為“種子序列”一般不完全互補導(dǎo)致翻譯抑制;而完全或近完全互補導(dǎo)致mRNA直接切割,microRNA 與其靶基因的互補程度決定其作用模式: microRNA 與靶mRNA 完全互補結(jié)合,切割靶mR

6、NA。 micro RNA與靶mRNA不完全互補結(jié)合,抑制靶蛋白翻譯而不影響mRNA 穩(wěn)定性。同時具有以上兩種作用模式。 目前的發(fā)現(xiàn)證明miRNAs 介導(dǎo)的調(diào)節(jié)是多功能性的,一個miRNA 有數(shù)以百計的靶基因,同時一個mRNA 也能作為許多miRNAs 的靶基因,由此可見miRNAs 調(diào)控系統(tǒng)的復(fù)雜性和靈活性。,精選ppt,7,二、miRNA在肌肉中的功能與作用,1.miRNA具有組織特異性,miRNAs在物種進化中相當(dāng)保守,在植物、動物和真菌中發(fā)現(xiàn)的miRNAs只在特定的組織和發(fā)育階段表達,miRNA具有組織特異性和時序性,決定組織和細胞的功能特異性,精選ppt,8,2.肌肉特異性miRNA

7、(myomiRNAs) 正是因為一些miRNA 在橫紋肌中高表達,所以把這一類miRNA 命名為肌肉特異性miRNA(myomiRNAs),包括miR-1、miR-133a、miR -133b、miR -206、miR-208、miR-208b、miR-486 和miR-499 等。,精選ppt,9,肌肉特異性miRNA 并不是簡單的排列,而是有組織地在同一條染色體上形成雙順反子簇一同轉(zhuǎn)錄,如miR-1-1/133a-2、miR-1-2/133a-1 和miR-206/ 133b。肌肉特異性miRNA 的調(diào)節(jié)受到肌原性調(diào)節(jié)因子(MRFs)家族的調(diào)控,MRFs 包括肌分化因子(MyoD)、肌細胞

8、生成素、MRF4 和Myf5。同樣肌細胞增強因子2(MEF2)、血清反應(yīng)因子(SRF)和心肌相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子-A(MRTF-A)也可以調(diào)控肌肉特異性miRNA 的調(diào)節(jié)。近些年的研究表明,miRNA 通過調(diào)節(jié)一些關(guān)鍵基因從而控制肌細胞的生成,成為新一類調(diào)控肌肉發(fā)育的關(guān)鍵因子。 比如,miR-1 和miR-133 主要是通過調(diào)節(jié)SRF 和MEF2 的活性來調(diào)控肌肉的生長和分化。在骨骼肌細胞中,增殖過程和分化過程是相互對抗的。 miR-1 通過抑制MEF2 的抑制物組蛋白脫乙酰酶4(HDAC4),從而加強MEF2 的活性,最后刺激肌細胞分化。而miR-133 和miR-1 的作用剛好相反,主要是促進成肌

9、細胞增殖。目前認為miR-133 通過抑制肌肉分化的必要調(diào)節(jié)器SRF促進成肌細胞的增殖。,精選ppt,10,miRNA與Texel 羊 肌肉特異性miRNA參與控制骨骼肌生長的另一個證據(jù)來自對Texel 羊的研究,Clop 等的研究發(fā)現(xiàn),在羊的Texel 品種中造成肌肉異常發(fā)達的突變 是由于編碼肌肉生長抑制素(Myostatin)的mRNA 3-UTR 的一個位置上的G變?yōu)锳,該突變制造了一個miR-1 和miR-206 的靶位,從而導(dǎo)致Myostatin 的翻譯受到抑制, Myostatin 水平降低,使得Texel 羊肌肉發(fā)達。,特克賽爾(Texel)羊原產(chǎn)于荷蘭,為肉用細毛羊品種。具有多

10、胎、羔羊生長快、體大、產(chǎn)肉和產(chǎn)毛性能好等特征,是國外肉脂綿羊名種之一。是肉羊育種和經(jīng)濟雜交非常優(yōu)良的父本品種,精選ppt,11,3. miRNA與肌肉疾病 在肌肉中,miRNA的異常表達與某些肌肉相關(guān)疾病有緊密聯(lián)系。Digeorge 綜合征是一種由染色體缺失引起的先天性疾病,它與DGCR8 基因缺失有關(guān),癥狀包括心臟缺陷和顱面異常。DGCR8 基因的表達產(chǎn)物DGCR8和Drosha相互作用形成微加工復(fù)合體。DGCR8 能指導(dǎo)Drosha 切割,對pri-miRNA加工成pre-miRNA 起關(guān)鍵作用,它的缺失導(dǎo)致miRNA 功能的衰減,這可能是Digeorge 綜合征的一個致病原因。 McCa

11、rthy 等利用雙側(cè)協(xié)同肌切除模型(bilateralsynergist ablation model)誘導(dǎo)跖肌肥大。建模后,實驗組鼠跖肌重量比對照組增加45%。與此同時,一些pri-miRNAs 和它們相對應(yīng)的成熟miRNA 的轉(zhuǎn)錄也發(fā)生了變化。pri-miR-1-2 和pri-miR-133a2轉(zhuǎn)錄水平提高了2 倍,pri-miR-206 提高了18.3 倍。因此可以推測,miR-1 和miR-133a 的表達減少可能會促進肌肉肥大。因此miR-1 和miR-133a 除了在肌細胞增殖和分化中發(fā)揮各自作用,又多了一個共同的功能。,精選ppt,12,microRNA與骨骼肌萎縮,骨骼肌萎縮是

12、一個復(fù)雜的過程,是很多因素綜合影響下產(chǎn)生的結(jié)果,遺傳缺陷、衰老、神經(jīng)障礙和一些慢性疾病都會引起骨骼肌萎縮。11 天太空飛行后檢測發(fā)現(xiàn),小鼠腓腸肌里一些與肌肉生長相關(guān)的基因mRNA 水平顯著改變,如FOXO1、MAFbx/atrogin1 等。值得注意的是小鼠腓腸肌中的miR-206 水平顯著下降,而miR-1和miR-133a 只是出現(xiàn)減少的趨勢。這些肌肉特異性miRNA 的變化和肌肉生長抑制素(Myostatin,MSTN)的增加是平行的,并且在很多肌肉萎縮模型中得到了驗證。 另有研究關(guān)注于骨骼肌肌肉再生和肌肉萎縮癥中miRNAs 失調(diào)的鑒定。Kunkel 及其團隊研究證實,初期肌肉紊亂病人

13、肌肉樣品中存在miRNAs 聚集。肌肉特異miRNA,miR-206, 在營養(yǎng)障礙基因缺失小鼠(一種肌肉萎縮癥模型,mdx)的橫膈膜上表達上調(diào)。另有研究顯示,肌肉萎縮側(cè)索硬化癥小鼠模型中,骨骼肌纖維和 神經(jīng)雙向信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者miR-206 表達不足,加速疾病惡化。miR-206 是急性神經(jīng)損傷后神經(jīng)肌肉突觸有效再生所必需的,這可能是其在ALS 中的有益作用。 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,尋找肌肉疾病相關(guān)的miRNA,對這些miRNA 的表達進行調(diào)控,抑或?qū)λ鼈兊慕Y(jié)構(gòu)進行化學(xué)修飾,以調(diào)節(jié)其靶標(biāo)的表達,為肌肉疾病的治療開辟一條新的途徑。,精選ppt,13,三、microRNA與Sirt1的相互關(guān)系,沉默信息

14、調(diào)節(jié)因子1(Sirt1)是沉默信息調(diào)節(jié)因子家 族 中 的 一 員,是NAD+依賴的類組蛋白去乙?;?。Sirt1在細胞的生存、凋亡、腫瘤的發(fā)生發(fā)展、代謝性疾病以及抗衰老等方面扮演著非常重要的角色。近年來研究表明,miRNA能從轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控Sirt1的表達。因此,調(diào)控Sirt1的 miRNA可能成為治療許多疾病的新靶點而倍受研究者們廣泛關(guān)注。 1.調(diào)節(jié)Sirt1的相關(guān) miRNA,精選ppt,14,miRNA34a 在目前發(fā)現(xiàn)的調(diào)控Sirt1表達的miRNA中,miRNA34a是研究得最廣泛的miRNA。研究發(fā)現(xiàn),它能夠調(diào)控Sirt1基因進而在多種疾病中發(fā)揮重要的作用,如腫瘤、非酒精性肝損傷和

15、衰老等。miRNA34a在腫瘤中呈低表達或缺失狀態(tài),其可以作為腫瘤抑制因子抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展的標(biāo)志。研究表明,當(dāng)將 miRNA34a轉(zhuǎn)染入 U251細胞中時過表達的 miRNA34a導(dǎo)致細胞生長停滯在 G0-G1 期并且誘導(dǎo)細胞凋亡;同時 檢測出Sirt1的表達量降低,該實驗充分表明 miRNA34a作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用是通過 miRNA34a Sirt1通路進行調(diào)控的。,精選ppt,15,miRNA -217 最早研究 miRNA -217的功能主要體現(xiàn)在血管內(nèi)皮細胞上,隨著年齡增加,表達于血管內(nèi)皮細胞的 miRNA -217也隨之增加,且 miRNA -217能夠通過抑制Sirt1和F

16、oxO1的表達進而影響血管內(nèi)皮的生成,miRNA -217在人類動脈粥樣硬化病變的表達與Sirt1的表達和FoxO1的乙?;癄顟B(tài)呈負相關(guān),因此miRNA -217為治療人類動脈粥樣硬化疾病提供了一種新靶標(biāo)。 miRNA -199a 研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)心肌細胞缺氧時 miRNA -199a處于低表達狀態(tài),而 miRNA -199a能負向調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子和 Sirt1,因此,Hif-和Sirt1表達水平上升。 Sirt1能調(diào)節(jié)輔氨酰羥化酶的活性從而使 Hif- 水平下降進而延長心肌細胞缺氧耐受的時間。 miRNA能夠通過調(diào)控Sirt1參與多種病理生理過程,如腫瘤、衰老、干細胞分化、心肌細胞凋亡等。其中以

17、抗腫瘤研究最廣,主要有 miRNA、 miRNA和 miRNA它們均可抑制Sirt1表達進而限制腫瘤細胞生長和促進腫瘤細胞凋亡。其次是抗 衰 老 研 究 包 miRNA、 miRNA、 miRNA、 miRNA和 miRNA.,精選ppt,16,精選ppt,17,精選ppt,18,綜上所述,調(diào)控Sirt1表達水平的 miRNAs參與很多疾病的發(fā)生發(fā)展,并且受到越來越多的研究人員的關(guān)注。目前已發(fā)現(xiàn)許多 miRNAs能調(diào)節(jié)Sirt1的表達,但同時有研究表明, Sirt1也能調(diào)節(jié) miRNAs的 表 達。P53 miRNAs34a Sirt1 P53這一環(huán) 路已經(jīng)被證實,Sirt1能去乙?;疨53,

18、乙?;疨53水平相對升高,且乙?;腜53可增強 miRNAs -34a的表達,而miRNAs34a抑制Sirt1的活性,因此,Sirt1可通過P53間接調(diào)控miRNAs -34a的表達。 Sirt1是否能調(diào)控更多的miRNAs ,其中調(diào)控的機制又是什么。因此,關(guān)于Sirt1與 miRNAs的關(guān)系有待于科研者們深入系統(tǒng)的研究,精選ppt,19,研究思路,1、非肌肉組織中發(fā)現(xiàn)miRNAs:與PGC-1, FOXO,p53,HIF1a, SREBP-1c,CREB, NF-b, FXR,LXR等等相關(guān)通路有聯(lián)系;具有改善細胞的增殖、分化;降低細胞凋亡率;改善氧化應(yīng)激和炎癥損傷的作用;在肌肉中也有表達等等。 2、新發(fā)現(xiàn)的miRNAs:通過生物信息學(xué)的方法,預(yù)測其可能作用的靶標(biāo)是否與肌萎縮相關(guān)通路具有關(guān)聯(lián),采用miRNAs敲除和過表達的方法,研究其功能。 生物信息學(xué)方法主要是利用某種算法對靶基因樣本進行評分及篩選。生物信息學(xué)的方法只是通過算法為研究人員提供可能性最大的參考信息,還需要通過實驗進行驗證。使用計算機預(yù)測植物miRNA靶基因比較簡單,因為在植物中miRNA與靶基因幾乎還是以完全互補配對的方式結(jié)合,預(yù)測不需要復(fù)雜的算法。而預(yù)測動物miRNA靶基因則存在一定的困難,主要是目前已知的miRNA靶基因及其確切靶點不多,在算法編寫時沒有

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