miRNAlncRNAcircRNA的基礎(chǔ)知識(shí)詳解

1、讀書(shū)破萬(wàn)卷 下筆如有神miRNA IncRNA、circRNA的基礎(chǔ)知識(shí)詳解miRNA1、背景介紹小分子DNA(miRNA謔一類存在于動(dòng)植物體內(nèi)、大小為21 25 nt的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA對(duì)生物體轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)調(diào)控起關(guān)鍵作用。1993年，首次在秀麗隱桿線蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)miRNAzBt_4; 7年后，在果蠅中發(fā)現(xiàn)第 2個(gè)IIliRNA 如t一 7。在進(jìn)化中的保守性分析使科學(xué)家驚異地發(fā)現(xiàn)miRNA如卜7的形成至少需要有 DmshaDGCR8(Pasha)、Dicer等2種RNAB (RNaseHI)的參與。Dmsha, DGCR庭位于細(xì)胞核內(nèi)，它能剪 切miRNA前體轉(zhuǎn)錄物(研一 miRNA

2、),從而釋放出具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)、大小為70 nt左右的pre miRNA,后者在轉(zhuǎn)運(yùn)受體 Exportin - 5(Exp5)的作用下被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，然后被胞質(zhì)中的另一種RNase田蛋白Dicer剪切，最終被船工成成熟的miRNA動(dòng)物的miRNA位于前體mRNA勺內(nèi)含子中，這種安排將使 mRNAi因和內(nèi)含子中 miRNA共同轉(zhuǎn)錄。 近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)和鑒定的 miRNAs越來(lái)越多，但植物miRNAs僅占很小一部分，且主要集中于擬南芥 和水稻等少數(shù)模式植物中，植物miRNA的靶基因大多編碼轉(zhuǎn)錄因子，與植物的生長(zhǎng)、發(fā)育密切相關(guān)；而在動(dòng)物和人中發(fā)現(xiàn)大量miR NA,已證實(shí)在動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育和疾病發(fā)生等過(guò)程中起

3、重要作用。2、miRNA的生物功能真核生物miRNA在調(diào)節(jié)植物對(duì)環(huán)境脅迫如干旱、鹽害和養(yǎng)分的脅迫反應(yīng)等方面起著重要的作用。成熟的miRNA先與一種稱為 RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體 (RNA indlIced silencing complex , R1SC)的復(fù)合物 結(jié)合，再特異性地與目標(biāo) mRNA吉合，引起靶 mRNA勺降解。由于植物 miRNA與其靶mRN眼有很 高的堿基互補(bǔ)性，因而植物miRNA的作用方式可能更像小分子 RNA干涉(smallinte 如而ng RNA siRNA).與植物相反，在動(dòng)物細(xì)胞中大多數(shù) miRNA與其靶mRNA不完全互補(bǔ)，miRNA則通過(guò)與對(duì) 應(yīng)mRNA勺3端非翻譯

4、區(qū)(3'UTR)結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄后的翻譯，從而起到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。在人類miRNA的研究中，Calin等發(fā)現(xiàn)約有50%的miRNAs基因位于與腫瘤相關(guān)的染色體區(qū)域內(nèi)， 如染色體發(fā)生雜合性缺失的區(qū)域、發(fā)生重排和擴(kuò)增及斷裂點(diǎn)的區(qū)域等，提示miRNA基因的表達(dá)可能與腫瘤發(fā)生相關(guān)。此外，已有研究表明，miRNA對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡和癌癥發(fā)生有重要的調(diào)控作用，其在正常組織和腫瘤組織中的表達(dá)有著顯著差異，有些miRNA會(huì)在腫瘤組織中有低表達(dá)，有些則在腫瘤組織中有高表達(dá)，這說(shuō)明miRNA在腫瘤發(fā)生過(guò)程中起了至關(guān)重要的作用。原核生物miRNA除了在多細(xì)胞生物中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用外，還廣泛存在于單細(xì)

5、胞生物中。單細(xì)胞生物 中的miRNA都可在體內(nèi)和體外對(duì)靶標(biāo)mRNM行切割，這與植物中發(fā)現(xiàn)的miRNA一致，但與多細(xì)胞生物中的 miRNA具有顯著差異，這提示miRNA通路形成于這兩條進(jìn)化支系分一些病毒也編碼大是獨(dú)立進(jìn)化而來(lái)近年來(lái)的研究表明，miRNA而且單細(xì)胞生物中的離之前，讀書(shū)破萬(wàn)卷下筆如有神量的miRNAs,它們?cè)诓《镜膹?fù)制和感染過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。3、miRNA的預(yù)測(cè)與鑒定自從第一個(gè) miRNA發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)冉現(xiàn)了多種鑒定、預(yù)測(cè)、分析miRNA的方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要有以下幾種方法。(1) cDNA文庫(kù)法該方法是首先從細(xì)胞組織中提取總RNA用聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳，回收大

6、小為 2025個(gè)核甘酸的RNA分子，利用T4連接酶，直接將人工合成的 3'和5'接頭連接到 RNA上，經(jīng)PCR反轉(zhuǎn)錄 擴(kuò)增這些序列，建立 miRNAs的cDNA文庫(kù)，進(jìn)行克隆、測(cè)序，然后用生物信息學(xué)軟件定位其在基 因組中的位置，并驗(yàn)證是否具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的前體和該發(fā)夾結(jié)構(gòu)在其它物種中的保守性，最后將具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的小分子 RNA進(jìn)彳f Northem雜交等來(lái)檢測(cè)其表達(dá)情況，將符合 miRNA標(biāo)準(zhǔn)的小分子 RNA鑒定為新的 miRNA(2)生物信息學(xué)分析由于大部分成熟的 miRNAs序列是高度保守的，所以可以通過(guò)表達(dá)序列標(biāo)簽(EsT)和基因組序列(CSS)的生物信息學(xué)比對(duì)，來(lái)搜索或預(yù)測(cè)

7、在其他生物中的未知miRNAs,再由據(jù)miRNAs與靶基因mRNA院全或部分互補(bǔ)的特性預(yù)測(cè)其靶基因。lncRNA1、背景介紹長(zhǎng)鏈非編碼 RNA(long non-coding RNA lncRNA)是指長(zhǎng)度大于 200個(gè)核甘酸的不參與蛋白質(zhì) 編碼過(guò)程的DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。近年來(lái)，這類lncRNA在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因表 達(dá)方面的研究比較廣泛，已獲得較為深刻的認(rèn)知。最近人們認(rèn)識(shí)到lncRNA在許多的生理、病理途徑中發(fā)揮著一定的作用，比如干細(xì)胞全能性、神經(jīng)生長(zhǎng)分化與腫瘤發(fā)生等。2、生物功能LncRNA起初被認(rèn)為是沒(méi)有功能的轉(zhuǎn)錄垃圾。在經(jīng)過(guò)大量研究論證后，大多數(shù)的lncRNA被確定是轉(zhuǎn)錄

8、和翻譯過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，在細(xì)胞正常功能發(fā)揮中有著重要的影響。比如染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)形成、干細(xì)胞多能性、體細(xì)胞重編 程、發(fā)育調(diào)控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時(shí)，lncRNA通過(guò)不同的作用途徑及方式實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的調(diào)控。包括順式調(diào)節(jié)與反式調(diào)節(jié)方式。另外， lncRNA可以借助蛋白質(zhì)與 microRNA網(wǎng)絡(luò) 這兩種不同途徑來(lái)發(fā)揮具體的作用。3、預(yù)測(cè)基于RNA-Seq的lncRNA預(yù)測(cè)流程4、IncRNA 與表觀遺傳的關(guān)系染色質(zhì)是細(xì)胞核的主要組分，由DNA和蛋白質(zhì)組成。 染色質(zhì)在DNA的包裝、復(fù)制和基因表達(dá)中DNA發(fā)揮著重要的作用。一般認(rèn)為，表觀遺傳控制機(jī)制是

9、在染色質(zhì)水平的調(diào)節(jié)，是的序列不發(fā)生改變， 而基因表達(dá)卻發(fā)生變化的遺傳機(jī)制，表現(xiàn)在兩代不同個(gè)體擁有相同的基的共價(jià)修D(zhuǎn)NA序列但卻發(fā)生了可遺傳的變異。目前關(guān)于其調(diào)控機(jī)制的研究集中在DNA因組.讀書(shū)破萬(wàn)卷下筆如有神飾(如甲基化)、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、非編碼 RNA等。5、其他相關(guān)探究蛋白質(zhì)和IncRNA的互作IncRNA研究的新思路IncRNA研究利器之嗚飛?員：一個(gè)探索癌癥中IncRNA功能的交互式開(kāi)放平臺(tái)IncRNA常用的研究策略，你造嗎？circRNA1、背景介紹環(huán)狀RNA(Circular RNA circRNA )是一類具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性非編碼RNA(noncodingRNA n

10、cRNA),主要由前體 RNA( pre-mRNA)通過(guò)可變剪切加工產(chǎn)生，circRNA廣泛存在于所有真核生物中，并且非常穩(wěn)定。目前， circRNA的研究已經(jīng)成為了 RNA研究領(lǐng)域 的新熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn) circRNA在轉(zhuǎn)錄本中占有相當(dāng)大的比例，有的表達(dá)豐度甚至顯著高于其他 轉(zhuǎn)錄本。同時(shí)，circRNA對(duì)基因的表達(dá)有重要調(diào)控作用，在生物的發(fā)育進(jìn)程中發(fā)揮了重要的生物學(xué)功能， 如充當(dāng)miRNA海綿、作為內(nèi)源性 RNA以及生物標(biāo)記物，在疾病的診斷與治療中也發(fā)揮重要作用。 研究發(fā)現(xiàn)circRNA在一些疾病的發(fā)生中扮演了重要角色，包括動(dòng)脈硬化、神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、糖尿 病和癌癥的發(fā)生。2、環(huán)狀RNA的特征目前

11、已鑒定的circRNA主要有以下特征：circRNA 存在于多種真核生物中，在同種生物的不同組織中也廣泛存在。它們?cè)谌梭w細(xì)胞中廣泛表達(dá)，有些circRNA的表達(dá)水平甚至超過(guò)其線性異構(gòu)體10倍之多。多數(shù)具有高度保守序列，僅少數(shù)在進(jìn)化上不保守；大多數(shù)定位于細(xì)胞質(zhì)中，少數(shù)定位于細(xì)胞核內(nèi)；多由一個(gè)或多個(gè)外顯子形成，少數(shù)來(lái)源于內(nèi)含子或內(nèi)含子片段；大部分是非編碼 RNA (noncodingRNA ncRNA)；circRNA呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不具有像線性RNA的5'和3'游離末端，不易被RNA核糖核酸酶R (Ribonuclease R, RNase R)分解，與線性RNA相比更穩(wěn)定。環(huán)R

12、 RNA的半衰期一般超過(guò) 48 h, 可利用 RNase R消化其他 RNA 提純circRNA。因此 RNase R的處理對(duì) circRNA起富集作用，并成為判定RNA是否成環(huán)的一個(gè)重要條件。部分 circRNA 擁有 miRNA應(yīng)答元件(miRNA response element , MRE, 具有 miRNAsponge功能，與miRNA相互作用，調(diào)控靶基因的表達(dá)；大多數(shù)circRNA能在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用，少數(shù)能在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)揮作用。環(huán)狀RNA(circular RNA circRNA )呈閉合環(huán)狀，是一類不具有 5 末端帽子和 3末端尾巴的特殊內(nèi)源性非編碼 RNA主要由外顯

13、子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物組成，是目前RNA研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。circRNA 普遍存在于人、鼠、線蟲(chóng)、皺猴、果蠅、槍棘魚(yú)等各類動(dòng)物體內(nèi)circRNA 表達(dá)量至 倍。10研究發(fā)現(xiàn)circRNA在轉(zhuǎn)錄本中實(shí)際上所占比例相當(dāng)大，一些基因的 少是其線性轉(zhuǎn)錄本的.讀書(shū)破萬(wàn)卷下筆如有神3、預(yù)測(cè)和分析漫tB circRNA如何做circRNA的表達(dá)和功能驗(yàn)證？circRNA分析工具集-CIRCexplorer 介紹4、研究熱點(diǎn)circRNA 的研究還剛剛興起，但其重要性引起了國(guó)際上學(xué)者的高度重視，并逐漸揭開(kāi)circRNA的面紗。circRNA的廣泛性，保守性及組織特異性等特質(zhì)，都預(yù)示著它可能成為一種新型的生物標(biāo)志物。cir

14、cRNA 參與了生物的生長(zhǎng)發(fā)育、衰老、疾病等多種生命活動(dòng)過(guò)程，在轉(zhuǎn)錄后水平具有調(diào)控基因表達(dá)的重要功能。對(duì)circRNA 進(jìn)行研究具有重要意義：circRNA 獨(dú)具的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源(ceRNA)特征可為藥物開(kāi)發(fā)提供新的思路；circRNA的組織特異性和穩(wěn)定性有可能使circRNA成為一種良好的生物標(biāo)志物；circRNA的研究為生命的進(jìn)化提供新的研究方向。目前在畜禽上關(guān)于circRNA鑒定及功能研究報(bào)道寥寥無(wú)幾。circRNA 的世界仍有許多未知等待我們?nèi)ヌ剿?。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信在未來(lái) 幾年，會(huì)有大量的 circRNA及其功能在疾病、動(dòng)植物中的表達(dá)與生物學(xué)作用被研究者發(fā)現(xiàn)。piRNA1

15、、背景介紹piRNA(PIWI-interacting RNA)是一類可在生殖細(xì)胞中大量表達(dá)，并與 PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA( non-coding RNA,ncRNA),通過(guò)沉默轉(zhuǎn)座元件和調(diào)控編碼mRNAt持動(dòng)物基因組穩(wěn)定，在生殖細(xì)胞發(fā)育分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用同時(shí)，piRNA的異常表達(dá)與腫瘤的關(guān)系密切。本文對(duì)piRNAs的發(fā)生通路、調(diào)控方式、生物學(xué)功能及其在癌癥中的研究進(jìn)展進(jìn)行論述，為精準(zhǔn)醫(yī)療的 發(fā)展及動(dòng)物雜交后代雄性不育的研究提供新的視角。Aravin 等利用 MILI(PIWI2) 睪丸中分離出核糖核酸，并利用 和純化，克隆測(cè)序發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)度在 類小RNA長(zhǎng)度在1826 ntRN

16、A和5' 端尿喀咤親和 RNA2、發(fā)現(xiàn)C57BL/6J 小鼠核糖核蛋白復(fù)合體免疫共沉淀技術(shù)在三月齡雄性MILI pep N2的抗體進(jìn)行親2628nt和30nt左右的小 RNA進(jìn)一步序列分析發(fā)現(xiàn)這一和2433 nt 之間，其中大部分為 MILI interacting基因組聚類分析表明絕大部分MILI interacting RNA序列來(lái)自基因同一區(qū)域，由于與這些小RNA作用的Mili 蛋白屬于PIWI(P-element inducedwimpy testis) 蛋白家族成員，故將該小RNA類群命名為 PIWI-interacting RNA 即piRNA3、piRNA的生成途徑研究表明，包括小鼠、果蠅在內(nèi)大多數(shù)動(dòng)物的piRNA都具有初級(jí)合