Микрорнк как пишется

Всего найдено: 13

Здравствуйте! Как пишется слово микрофутбол, микро-футбол?

Ответ справочной службы русского языка

Пишется слитно: микрофутбол.

Здравствуйте. Я точно знаю, что слова «микроэлементы» и «макроэлементы» пишутся слитно, но затрудняюсь с написанием сочетания «микро- и макроэлементы». На листовке передо мной дефиса после «микро» нет, а мне что-то подсказывает, что он нужен, как правильно?

Ответ справочной службы русского языка

Вы правы. Верное написание: микро- и макроэлементы.

Здравствуйте! Поясните, пожалуйста,профессионально, опираясь на словари и справочники, почему первая часть сложных слов «демо» должна писаться слитно со второй частью? Я знаю, что верно слитное написание, но коллеги утверждают, что равноправен вариант с написанием через дефис. Спасибо.

Ответ справочной службы русского языка

Пишутся слитно сложные слова с первой иноязычной (интернациональной) частью, кончающейся на гласную. Перечень основных таких частей сложных слов с конечным о: авто-, агро-, астро-, аудио-, аэро-, баро-, бензо-, био-, вело-, вибро-, видео-, гекто-, гелио-, гео-, гетеро-, гидро-, гомо-, дендро-, зоо-, изо-, кило-, кино-, космо-, макро-, метео-, микро-, моно-, мото-, невро-, нейро-, нео-, орто-, палео-, пиро-, порно-, психо-, радио-, ретро-, сейсмо-, социо-, спектро-, стерео-, термо-, турбо-, фито-, фоно-, фото-, эвако-, экзо-, эко-, электро-, эндо-, энерго- (см.: Правила русской орфографии и пунктуации. Полный академический справочник / Под ред. В. В. Лопатина. М., 2006. § 117).

Первая часть сложных слов демо- встроилась в этот ряд, слова с этой частью пишутся в соответствии с уже имеющимися в русском языке моделями (демоверсия как аудиоверсия, видеоверсия, киноверсия…).

Добрый день! Подскажите как правильно пишется «микропальчиковая» батарейка? Слитно, через дефис или раздельно? Какими правилами руководствоваться?

Ответ справочной службы русского языка

Сложные слова с первой частью микро- пишутся слитно: микропальчиковая.

Добрый день!
Как правильно писать — медиа-коммуниканционный или медиакоммуникационный?
Какое из правил сюда подходит:
1 Существительные и прилагательные с иноязычными элементами анти-, авиа-, авто-, био-, вело-, гелио-, гидро-, зоо-, интер-, контр-, макро-, микро-, моно и пр.
или
2.Прилагательные, образованные из равноправных слов (можно вставить союз и): русско-английский словарь, научно-исследовательский, всемирно-историческое значение

Ответ справочной службы русского языка

Корректно слитное написание. Медиа… — первая часть сложных слов, пишется слитно. См. словарную фиксацию.

Здравствуйте!
Скажите, пожалуйста, правильно ли писать «наносим-карта» и «микросим-карта»?
Заранее благодарю за ответ!

Ответ справочной службы русского языка

Нет, слитные написания не допускаются, если вторая часть содержит дефис. Слитное написание в этом случае тоже заменяется дефисным: нано-сим-карта, микро-сим-карта.

Как пишется термин «микрооолитовый», состоящий из двух элементов: микро- и оолит?

Ответ справочной службы русского языка

Так и пишется: микрооолитовый.

Подскажите, пожалуйста, слитно или через дефис пишется слово микро-ТСП (торгово-сервисное предприятие).

Ответ справочной службы русского языка

Правильно слитное написание: микроТСП. Первая часть сложных слов микро… пишется слитно; слитные написания со следующей после начальной части слова группой прописных букв не подлежат замене дефисными написаниями.

как правильно писать: микропобеда или микро-победа

Ответ справочной службы русского языка

Первая часть сложных слов микро… пишется слитно: микропобеда.

Добрый день,

как правильно: микроредуктор или микро-редуктор?

Ответ справочной службы русского языка

Первая часть сложных слов микро… пишется слитно. Правильно: микроредуктор.

Скажите, пожалуйста, как правильно: микро-РНК или микроРНК (как в английском — microRNA (сокращение — miRNA)?

Ответ справочной службы русского языка

Правильно слитное написание.

как правильно переносить слово «микроквартал» — «микрок-вартал» или «микро-квартал»?

Ответ справочной службы русского языка

Предпочтителен перенос _микро-квартал_.

Подскажите, пожалуйста, как верно написать следующие словосочетания:
(микро) и (макро)система;средства(из)(за)границы, (по) истечениИ(Е) года;(в)продолжениИ(Е) недели; (в)заключениИ(Е) следует напомнить; (в)последствиИ(Е) согласиться; (по)окончаниИ(Е) школы, (в)отличиИ(Е) от депозита.
В каком разделе орфографии можно прочесть соответствующее правило?

Ответ справочной службы русского языка

Корректно: _микро- и макросистема, средства из-за границы_ (разговорный вариант: _из заграницы), по истечении года, в продолжение недели, в заключение следует напомнить_ (в значении ‘под конец, заканчивая’), _впоследствии согласиться, по окончании школы, в отличие от депозита_. Написание этих слов Вы можете проверить по орфографическому словарю (окно «Проверка слова» на нашем портале). Разделы в справочниках: «Правописание сложных слов», «Правописание предлогов», «Правописание наречий».

Малая некодирующая молекула рибонуклеиновой кислоты

Схема действия микроРНК (миРНК) с мРНК Примеры миРНК стеблевые петли, зрелые миРНК представлен красным

A микроРНК (содержащую около 22 нуклеотидов ), обнаруженный у растений, животных, представляет собой небольшую некодирующую молекулу РНК (содержащую около 22 нуклеотидов ) и некоторых вирусов, который участвует в подавлении РНК и посттранскрипционной регуляции экспрессии генов. miRNAs функционируют посредством спаривания оснований с комплементарными последовательностями в молекулах мРНК. В результате эти молекулы мРНК заглушаются посредством одного или нескольких расщеплений следующих процессов: (1) дестабилизация цепи мРНК на две части, (2) дестабилизация мРНК за счет укорочения ее поли (A) хвост и (3) Менее эффективная трансляция мРНК в белки с помощью рибосом.

миРНК напоминают малые интерферирующие РНК (миРНК) пути РНК-интерференции (РНКи), за исключением того, что миРНК проходят из более длинных участков РНК-транскриптов, которые складываются сами по себе, образуется из более длинных участков двухцепочечной РНК. геном человека может кодировать более 1900 миРНК, хотя более поздний анализ показывает, что это число ближе к 600.

миРНК широко распространены во многих типах клеток млекопитающих и, по-видимому, нацелены на около 60% гены человека и других млекопитающих. Многие miRNA эволюционно консервативны, что означает, что они важные биологические функции. Например, 90 семейств miRNA были законсервированы, как показали исследования, в которых были выбиты гены для одного или нескольких членов семьи, большинство консервативных miRNA. у мышей.

Содержание

• 1 История
• 2 Номенклатура
• 3 Цели
• 4 Биогенез
  • 4.1 Транскрипция
  • 4.2 Ядерный процессинг
  • 4.3 Ядерный экспорт
  • 4.4 Цитоплазматический процессинг
  • 4.5 Биогенез в растениях
• 5 РНК-индуцированный комплекс сайленсинга
  • 5.1 Режим сайленсинга и регуляторные петли
• 6 Оборот
• 7 Клеточные функции
• 8 Эволюция
• 9 Экспериментальное обнаружение и манипуляции
• 10 Болезнь
  • 10.1 Наследственные заболевания
  • 10.2 Рак
  • 10.3 Восстановление ДНК и рак
  • 10.4 Болезнь сердца
    • 10.4.1 miRNA-712
    • 10.4.2 Происхождение
    • 10,4.3 Механизм
    • 10.4.4 Человеческий гомолог микроРНК-205
  • 10.5 Заболевание почек
  • 10.6 Нервная система
    • 10.6.1 Инсульт
    • 10.6.2 Алкоголизм
  • 10.7 Ожирение
  • 10.8 Гемоста sis
• 11 Некодирующие РНК
• 12 Вирусы
• 13 Предсказание цели
• 14 См. также
• 15 Ссылки
• 16 Дополнительная литература
• 17 Внешние ссылки

История

Первая миРНК была открыта в начале 1990-х годов. Однако miRNA не были признаны классом биологических регуляторов начала 2000-х годов. Исследования miRNA выявили различные наборы miRNA, экспрессируемые в разных типах клеток и тканях, и множественные роли miRNA в развитии растений и животных и во многих других биологических процессах. Аберрантная экспрессия miRNA вовлечена в болезненные состояния. Терапия на основе miRNA находится в стадии исследования.

Первая miRNA была открыта в 1993 году группой под руководством Амброса, в которую входили Ли и Фейнбаум. Однако для понимания его образов действий потребовались одновременно опубликованные работы команды Рувкуна, включая Вайтмана и Ха. Эти группы опубликовали несколько статей о гене lin-4, который, как известно, контролирует время появления C. elegans развитие личинок путем репрессии гена lin-14. Когда Ли и др. выделили lin-4 miRNA, они представлены, вместо продуцирования мРНК, кодирующей белок, она вырабатывала короткие некодирующие РНК, одна из которых была ~ 22-нуклеотидной РНК, которая содержала последовательность, частично комплементарные последовательности в 3 ‘УТР мРНК лин-14. Эта комплементарность была предложена для ингибирования трансляции мРНК lin-14 в белок LIN-14. В то время считалось, что малая РНК lin-4 является идиосинкразией нематод.

В 2000 году была охарактеризована вторая малая РНК: let-7 РНК, которая репрессирует lin-41, чтобы более позднему переходу в развитии у C. elegans. Было обнаружено, что РНК let-7 консервативна у многих видов, что привело к предположению, что РНК let-7 и дополнительные «малые временные РНК» могут регулировать время развития у животных, включая человека.

Год спустя было обнаружено, что lin-4 и let-7 РНК являются частью большого класса РНК, присутствующих в клетках C. elegans, Drosophila и человека. Многие РНК этого класса напоминают РНК lin-4 и let-7, за исключением того, что паттерны их экспрессии обычно несовместимы с ролью в регуляции времени развития. Это предполагает, что большинство из них может функционировать в других типах регуляторных путей. На этом этапе исследователи начали использовать термин «микроРНК» для обозначения этого класса малых регуляторных РНК.

Первым заболеванием человека, нарушением регуляции миРНК, было хронический лимфолейкоз.

Номенклатура

В соответствии со стандартной системой номенклатуры имена присваиваются экспериментально подтвержденным miRNA перед публикацией. За префиксом miR следует тире и число, последнее часто указывает порядок именования. Например, miR-124 был назван и, вероятно, обнаружен до miR-456. «MiR-» с заглавной буквы относится к зрелой форме miRNA, а «mir-» без заглавной буквы относится к pre-miRNA и pri-miRNA. Гены, кодирующие миРНК, также называются с использованием того же трехбуквенного префикса в соответствии с соглашениями номенклатуры генов организма. Например, официальные названия генов miRNA у некоторых организмов — «mir-1 у C. elegans и Drosophila, Mir-1 у Rattus norvegicus и MIR-25 у человека».

миРНК с почти идентичными последовательностями, за исключением одного или двух нуклеотидов, помечаются дополнительной строчной буквой. Например, miR-124a связывает с miR-124b. Например:

hsa-miR-181a: aacauucaACgcugucggugAgu

hsa-miR-181b: aacauucaUUgcugucggugGgu

-miRNA, pri-miRNA и гены, которые вызывают к 100% идентичные зрелые миРНК, но расположенные в разных местах генома, обозначены дополнительным суффиксом в виде тире. Например, пре-миРНК hsa-mir-194-1 и hsa-mir-194-2 ведут к идентичной зрелой миРНК (hsa-miR-194), но происходят из генов, расположенных в разных областях генома.

Виды происхождения трехбуквенного префикса, например, hsa-miR-124 — это миРНК человека (Homo sapiens), а oar-miR-124 — миРНК овцы (Ovis aries). Другие общие префиксы включают «v» для вируса (miRNA, кодируемая вирусным геномом) и «d» для miRNA дрозофилы (плодовая муха, обычно изучаемая в генетических исследованиях).

Когда две зрелые микроРНК становятся из противоположных ветвей одной и той же пре-миРНК и обнаруживаются примерно в одинаковом количестве, они обозначаются суффиксом -3p или -5p. (В прошлом различие также проводилось с помощью «s» (смысл ) и «as» (антисмысловой)). Однако зрелых микроРНК, обнаруженных в одном плече шпильки, обычно гораздо больше, чем в другом плече после названия указывает на зрелые виды, обнаруженные на низких уровнях в противоположном плече шпильки. Например, miR-124 и miR-124 * имеют общую шпильку пре-miRNA, но в клетке обнаруживается гораздо больше miR-124.

Мишени

Растительные миРНК обычно имеют почти идеальное спаривание со своими мРНК-мишенями, что вызывает репрессию генов через расщепление транскриптов-мишеней. Напротив, miRNA животных распознавать свои мРНК-мишени, используя всего лишь 6-8 нуклеотидов (область затравки) на 5′-конце miRNA, что недостаточно для спаривания, чтобы вызвать расщепление мРНК-мишени. Комбинаторная регуляция — это особенность регуляции miRNA у животных. Данная miRNA может иметь различных мРНК-мишеней, и альтернативная мишень может регулироваться множеством miRNA.

Оценки среднего числа уникальных матричных РНК, являются мишенями для репрессии типичной miRNA, варьируются в зависимости от методов оценки, но несколько подходов показывают, что miRNA млекопитающих имеют множество уникальных мишеней. Напр., Анализ miRNA, высококонсервативных у позвоночных, показывает, что каждая имеет в среднем примерно 400 консервативных мишеней. Сходным образом эксперименты показывают, что один вид miRNA может снижать стабильность сотен уникальных информационных РНК. Другие эксперименты показывают, что один вид miRNA может подавлять продукцию сотен белков, но эта репрессия бывает относительно (намного меньше, чем в 2 раза). Первым заболеванием человека, нарушением регуляции miRNA, был хронический лимфоцитарный лейкоз. За этим последовали и другие В-клеточные злокачественные новообразования.

Биогенез

До 40% генов миРНК могут находиться в интронах или даже экзонах других генов. Они обычно, не только, находятся в смысловой ориентации и, таким образом, обычно регулируются вместе с их генами-хозяевами.

ДНК-матрица — не последнее слово в производстве зрелой миРНК: 6% человеческих миРНК показывают РНК (IsomiRs ), сайт-специфическая модификация последовательностей РНК для получения продуктов, отличных от продуктов, кодируемых их ДНК. Это увеличивает разнообразие и объем действия miRNA, выходящий за рамки того, что подразумевается только геномом.

Транскрипция

гены миРНК обычно транскрибируются РНК-полимеразой II (Pol II). Полимераза часто связывается с промотором, обнаруженным рядом с последовательностью ДНК, кодируя то, что станет петлей шпильки пре-миРНК. Результирующий транскрипт кэпирован специально модифицированным нуклеотидом на 5′-конце, полиаденилирован множеством аденозинов (поли (A) хвост) и сращивание. МикроРНК животных используется транскрибируется как часть одного плеча РНК из 80 нуклеотидов стебель-петля, которая, в свою очередь, образует часть предшественника миРНК длиной в несколько сотен нуклеотидов, называемую первичной миРНК (pri-miRNA). Когда предшественник стебель-петля обнаруживается в 3 ‘UTR, транскрипт может служить в качестве при-миРНК и мРНК. РНК-полимераза III (Pol III) транскрибирует некоторые миРНК, особенно те, которые расположены выше Последовательности Alu, переносящие РНК (тРНК) и промоторные единицы с широким вкраплением повторов (MWIR) млекопитающих.

Ядерный процессинг

A кристаллическая структура человека белок Дроша в комплексе с C-концом спиралями двух молекул DGCR8 (зеленый). Дроша состоит из двух доменов рибонуклеазы III (синего и оранжевого); двухцепочечный связывающий домен РНК (желтый); и домен соединителя / платформы (серый), связанных два связанных иона цинка (сфера). Из PDB : 5B16 ​.

Одна при-миРНК может содержать от одного до шести предшественников миРНК. Эти структуры петли шпильки состоят примерно из 70 нуклеотидов каждая. Каждая шпилька окружена последовательными, необходимыми для эффективной обработки.

Структура двухцепочечной РНК (дцРНК) шпилек в при-миРНК распознается ядерным белком, известным как критическая область 8 синдрома ДиДжорджи (DGCR8 или «Паша» у беспозвоночных), названный в честь его связи с синдромом ДиДжорджи. DGCR8 связывается с ферментом Дроша, белком, который разрезает РНК, с образованием микропроцессорного комплекса. В этом комплексе DGCR8 ориентирует каталитический домен РНКазы III Drosha для освобождения шпилек от pri-miRNA путем расщепления РНК примерно на одиннадцать нуклеотидов от основания шпильки (одна спиральная дцРНК превращается в стержень). Полученный продукт имеет двухнуклеотидный выступ на 3′-конце; он имеет 3 ‘гидроксильные и 5’ фосфатные группы. Ее часто называют пре-миРНК (миРНК-предшественница). Были идентифицированы мотивы ниже пре-миРНК, которые важны для эффективного процессинга.

Пре-миРНК, которые сплайсируются непосредственно из интронов, минуя микропроцессорный комплекс, известны как «Миртроны. «Первоначально считалось, что миртроны существуют только у Drosophila и C. elegans, сейчас миртроны обнаружены у млекопитающих.

До 16% пре-миРНК могут быть посредством ядра. как аденозиндезаминазы, действующие на РНК (ADAR), катализируют переходы аденозина в инозин (от A к I). Редактирование РНК может останавливать ядерный процессинг (например, pri -miR-142, что приводит к деградации процессов рибонуклеазой Tudor-SN) и испытания последующие, включая процессинг цитоплазматической miRNA и специфичность мишени (например, путем изменения зародышевой области miR-376 в центральной нервной системе).

Ядерный экспорт

Белок экспортин-5 человека (красный) в составе с Ran-GTP (желтый) и пре-микроРНК (зеленый), показывающий выступающий распознавание двух- нуклеотидов (оранжевый). Из PDB : 3A6P ​.

шпильки пре-миРНК экспортируются из ядра в процессе с участием ядерно-цитоплазматического челнока Экспортин-5. Этот белок, член семейства кариоферинов, распознает двухнуклеотидный выступ, оставленный ферментом РНКазы III Drosha на 3′-конце шпильки пре-миРНК. Опосредованный экспортином-5 транспорт в цитоплазму зависит от энергии с использованием GTP, связанного с Ran белком.

Цитоплазматический процессинг

цитоплазма, шпилька пре-миРНК расщепляется ферментом РНКазы III Дайсер. Эта эндорибонуклеаза взаимодействует с 5 ‘и 3’ концами шпильки и отрезает петлю, соединяющую 3 ‘и 5’ ветви, давая несовершенный дуплекс miRNA: miRNA * длиной около 22 нуклеотидов. Общая длина шпильки и размер петли влияние эффективности обработки дайсером. Несовершенная природа спаривания miRNA: miRNA * также влияет на расщепление. Некоторые из G-богатых пре-миРНК могут принимать структуру G-квадруплекс в качестве альтернативы канонической структуры стержень-петля. Например, человеческая пре-миРНК 92b принимает форму G-квадруплекса, которая устойчива к опосредованному Дайсером расщеплению в цитоплазме. Хотя одна цепь может действовать как функциональная миРНК, только одна цепь обычно включается в РНК-индуцированный комплекс молчания (RISC), где взаимодействуют миРНК и ее мРНК-мишень.

Хотя большинство миРНК расположены в клетках, миРНК, обычно известны некоторые циркулирующие миРНК или внеклеточные миРНК, также были обнаружены во внеклеточной среде, включая различные биологические жидкости и среду для культивирования клеток.

Биогенез в растениях

Биогенез миРНК в растениях отличается от биогена у животных, главным образом, стадиями ядерной обработки и экспорта. Вместо того, чтобы расщепляться двумя разными ферментами, один раз внутри и один вне ядра, оба расщепления миРНК растут гомологом Дайсера, называемым Дайсер-подобный1 (DL1). DL1 экспрессируется только в ядре растительных клеток. Перед тем как дуплексы miRNA: miRNA * транспортируются из ядра, его 3′-выступы метилируются РНК-метилтрансферазным протеином, называемым Hua-Enhancer1 (HEN1). Затем дуплекс переносится из ядра в цитоплазму с помощью белка, называемого Hasty (HST), гомолога Exportin 5, где они разбираются, и зрелая миРНК включается в RISC.

РНК-индуцированный комплекс сайленсинга

Зрелая миРНК является частью активного комплекса индуцированного РНК сайленсинга (RISC), содержащего Дайсер и многие связанные белки. RISC также известен как комплекс рибонуклеопротеидов микроРНК (miRNP); RISC со встроенной miRNA иногда называют miRISC.

Считается, что процессинг пре-миРНК дайсером связан с раскручиванием дуплекса. Как правило, в miRISC включается только одна цепь, выбранная на основании ее термодинамической нестабильности и более слабого спаривания оснований на 5′-конце по сравнению с другой цепью. Положение стержня-петли также может влиять на выбор пряди. Другая, называемая пассажирской цепью из-за ее низких уровней в устойчивом состоянии, обозначена звездочкой (*) и обычно деградирует. В некоторых случаях обе цепи дуплекса жизнеспособны и функциональной miRNA, нацеленной на разные популяции мРНК.

Члены белков белков Аргонавты (назад) являются центральными функциями RISC. Аргонавты необходимы для индуцированного miRNA сайленсинга и содержат два консервативных домена связывания РНК: домен PAZ, который может связывать одноцепочечный 3′-конец зрелой miRNA, и домен PIWI, который структурно напоминает рибонуклеазу-H и взаимодействует с 5-дюймовым концом направляющей нити. Они связывают зрелую миРНК и ориентируют ее для взаимодействия с целью мРНК. Некоторые аргонавты, например Ago2 человека, непосредственно расщепляют транскрипты-мишени; аргонавты также привлекательные дополнительные белки для достижения репрессии трансляции. Геном человека кодирует восемь белков аргонаута, разделенных по сходству последовательностей на два семейства: AGO (четыре члена во всех клетках млекопитающих и называются E1F2C / hAgo у людей) и PIWI (обнаружены в зародышевой линии и гематопоэтических стволовых клетках).

Дополнительные компоненты RISC включают TRBP [белок, связывающий РНК (TAR), трансактивирующую ответную реакцию вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)], PACT (белковый активатор интерферона -индуцированного протеинкиназа ), комплекс SMN, хрупкий белок X умственной отсталости (FMRP), белок, содержащий домен стафилококковой нуклеазы Tudor (Tudor-SN), предполагаемая ДНК геликаза MOV10 и мотив распознавания РНК, содержащий белок TNRC6B.

. Режим сайленсинга и регуляторные петли

Молчание генов может происходить либо через деградацию мРНК, либо через предотвращение трансляции мРНК. Например, miR16 содержит последовательность, комплементарную AU-богатому элементу, обнаруженному в 3’UTR многих нестабильных мРНК, таких как TNF альфа или GM-CSF. Было продемонстрировано, что при полной комплементарности между miRNA и последовательностью мРНК-мишени Ago2 может расщеплять мРНК и приводить к прямой деградации мРНК. В отсутствие комплементарности молчание достигается за счет предотвращения трансляции. Связь miRNA и ее мРНК-мишени может быть основана на простой отрицательной регуляции мРНК-мишени, но кажется, что наиболее распространенным сценарием является использование «когерентной прямой петли», «контур взаимной отрицательной обратной связи» (также называемый двойным отрицательным контуром) и «контур положительной обратной связи / прямой связи». Некоторые miRNA работают как буферы случайных изменений экспрессии генов, возникающих из-за случайных событий в транскрипции, трансляции и стабильности белка. Такая регуляция обычно достигается за счет петель отрицательной обратной связи или некогерентной петли прямой связи, разобщающей выход белка с транскрипцией мРНК.

Оборот

Оборот зрелой miRNA необходим для быстрых изменений в профилях экспрессии miRNA. Считается, что во время созревания miRNA в цитоплазме поглощение белком Argonaute стабилизирует направляющую цепь, тогда как противоположная (* или «пассажирская») цепь предпочтительно разрушается. В так называемой стратегии «Используй или потеряй», Argonaute может предпочтительно сохранять miRNA с большим количеством мишеней, чем miRNA с небольшим количеством мишеней или без них, что приводит к деградации не нацеливающих молекул.

Распад зрелых miРНК в Caenorhabditis elegans опосредована 5′-3′-эксорибонуклеазой XRN2, также известной как Rat1p. У растений члены семейства SDN (малые РНК-деградирующие нуклеазы) разрушают miRNAs в противоположном (3′-к-5 ‘) направлении. Подобные ферменты кодируются в геномах животных, но их роль не описана.

Некоторые модификации miRNA влияют на стабильность miRNA. Как показала работа с модельным организмом Arabidopsis thaliana (кресс-салатом), миРНК зрелых растений, по-видимому, стабилизировались добавлением метильных групп на 3′-конце. 2′-O-конъюгированные метильные группы блокируют добавление остатков урацила (U) ферментами уридилтрансфераза, модификация, которая может быть связана с деградацией miRNA. Однако уридилирование может также защищать некоторые miRNA; последствия этой модификации до конца не изучены. Сообщалось об уридилировании некоторых микроРНК животных. Как растения, так и животные могут использоваться путем добавления остатков аденина (A) к 3′-концу миРНК. Дополнительный A, добавленный к концу miR-122 <>млекопитающих, обогащенной печени miRNA, при гепатите C, стабилизирует молекулу, а миРНК растений, заканчивающиеся остатком аденина, имеют более медленную скорость распада.

Функции клетки

Взаимодействие микроРНК с процессом трансляции белка. Рибосомную субъединицу в процессе инициации, предотвращает сборку комплекса инициации или рекрутируя 40S рибосомную субъединицу; М2) на сборке рибосом; M3) о процессе перевода; M7, M8) на деградацию мРНК. 40S и 60S — это легкий и тяжелый компоненты рибосомы, 80S — это собранная рибосома, связанная с мРНК, eIF4F — фактор инициации трансляции, PABC1 — связывающий белок Poly-A, «крышка» — структура кэпа мРНК, необходимая для циркуляризации мРНК. (который может быть обычным M7G-cap или модифицированным A-cap). Инициирование мРНК может происходить независимым от кэпа образом посредством рекрутирования 40S в IRES (сайт входа внутренней рибосомы ), расположенный в области 5’UTR. Фактическая работа по подавлению молчания РНК выполняет RISC, в котором основной каталитической субъединицей является один из белков Argonaute (AGO), а miRNA служит матрицей для распознавания различных последовательностей мРНК.

Функция miRNA, по-видимому, заключается в генах регулировании. Для этой цели миРНК комплементарна части одной или нескольких информационной РНК (мРНК). MiRNA животных обычно комплементарны сайту в 3 ‘UTR, тогда как miRNA растений обычно комплементарны кодирующим областям мРНК. Идеальное или почти идеальное спаривание оснований с целью РНК достижения расщепления РНК. Это основной вид миРНК растений. У животных совпадения несовершенные.

Чтобы частично комплементарные микроРНК распознавали свои мишени, нуклеотиды 2–7 миРНК (ее «затравочная область») должны быть совершенно комплементарными. МикроРНК животных ингибируют трансляцию белка мРНК-мишени (она присутствует, но менее распространена у растений). Частично комплементарные микроРНК также могут ускорять деаденилирование, что приводит к более ранней деградации мРНК. Хотя деградация мРНК, нацеленная на miRNA, хорошо задокументирована, происходит ли репрессия трансляции за счет деградации мРНК, ингибирования трансляции или их комбинации, горячо обсуждается. Недавняя работа по miR-430 у рыбок данио, а также по бантам-miRNA и miR-9 в культивируемых клетках дрозофилы, показывает, что репрессия трансляции вызывается нарушением инициации трансляции, независимо от деаденилирования МРНК.

miРНК иногда также вызывают модификацию гистонов и метилирование ДНК сайтов промотора, что влияет на экспрессия генов-мишеней.

Девять механизмов действия miRNA модели и собраны в единую математическую модель:

• ингибирование инициации Cap-40S;
• 60S ингибирование присоединения рибосомных единиц;
• ингибирование элонгации;
• выпадение рибосом (преждевременная терминация);
• ко-трансляционная деградация растущего белка;
• секвестрация в Р-тельцах;
• распад (дестабилизация) мРНК;
• расщепление мРНК;
• ингибирование транскрипции посредством реорганизации хроматина, опосредованной микроРНК, с последующим подавлением гена.

Эти механизмы различить u Приведем часто экспериментальные данные о стационарных скоростях реакции. Тем не менее, они различаются по динамике и имеют разные кинетические сигнатуры.

В отличие от растительных микроРНК, животные микроРНК нацелены на различные гены. Гены, участвующие в функциях, общих для всех клеток, таких как экспрессия генов, имеют меньше участков-мишеней микроРНК и, по-видимому, находятся в процессе отбора, чтобы избежать нацеливания микроРНК.

дцРНК также может активировать экспрессию гена, механизм, который был назван «активацией гена, индуцированной малой РНК» или РНКа. дцРНК, нацеленные на промоторы генов, могут индуцировать мощную активацию транскрипции ассоциированных генов. Это было применимо на клетках человека с использованием синтетических дцРНК, называемых малыми активирующими РНК (саРНК ), но также было для эндогенных микроРНК.

Взаимодействия между микроРНК и комплементарными последовательностями генов и даже псевдогены, которые разделяют гомологию последовательностей, считают обратным каналом связи, регулирующими уровнями экспрессии между паралогическими генами. Получив название «конкурирующие эндогенные РНК» (ceRNAs ), эти микроРНК связываются с «элементами микроРНК» на генах и псевдогенах и могут служить еще одним объяснением устойчивости некодирующей ДНК.

Эволюция

миРНК хорошо консервативны как у растений, так и у животных и считаются жизненно важным и древним компонентом регуляции генов. В то время как основные компоненты пути микроРНК сохраняются между растениями и животными, репертуары миРНК в двух царствах, по-видимому, возникли независимо с разными способами действия.

микроРНК являются полезными филогенетическими маркерами из-за их явно низкой скорости эволюции. Происхождение микроРНК как регуляторный механизм развился из предыдущего механизма РНКи, который использовался в качестве от экзогенного генетического материала такого как вирусы. Их происхождение, возможно, способствовало развитию морфологических инноваций, сделав экспрессию генов более специфичной и «настраиваемой», их генезису сложных органов и, возможно, в конечном итоге, сложной жизни. Быстрые всплески морфологических инноваций обычно связаны с высокой скоростью накопления микроРНК.

Новые микроРНК заблокированных территорий. Новые микроРНК могут возникнуть в результате случайного образования шпилек в «некодирующих» участках ДНК (то есть в интронах или межгенных областях), но также в результате дублирования и модификации микроРНК. микроРНК могут также образовываться из перевернутых дупликаций последовательностей, кодирующих белок, что позволяет создавать складную структуру шпильки. Скорость эволюции (т. Е. Нуклеотидного за ущерб) в недавно возникших микроРНК сравнима с таковой в других частях некодирующей ДНК, что подразумевает эволюцию за счет нейтрального дрейфа; однако более старые микроРНК имеют гораздо более низкую скорость изменения (часто менее одной замены за сто миллионов лет), предполагаемая, как только микроРНК приобретает функцию, она подвергается очищающей селекции. Отдельные регионы в пределах гена miRNA сталкиваются с разными эволюционными процессами давления, где регионы, которые жизненно важны для процесса обеспечения и функционирования, более высокие уровни сохранения. На этом этапе микроРНК редко теряется из генома животного, хотя более новые микроРНК (таким образом, предположительно нефункциональные) часто теряются. В Arabidopsis thaliana чистый поток генов miRNA, как было предсказано, составляет от 1,2 до 3,3 генов на миллион лет. Это делает ценным филогенетическим маркером, и исследует как возможное решение выдающихсяогенетических проблем, таких как их взаимоотношения членистоногих. С другой стороны, во многих случаях микроРНК плохо коррелируют с филогенезом, и возможно, их филогенетическое соответствие в степени соответствует ограниченный выбор микроРНК.

микроРНК присутствуют в геномах эукариот. организмов, от бурых водорослей до животных. Предполагается, что микроРНК независимо от растений и животных.

Если сосредоточить внимание на животных, геном Mnemiopsis leidyi, по-видимому, отсутствует узнаваемые микроРНК, а также ядерные белки Дроша и Паша, которые имеют решающее значение для биогенеза канонических микроРНК. На данный момент это единственное животное, пропавшее без вести Дроша. МикроРНК играет жизненно важную роль в регуляции экспрессии генов у всех исследованных животных без гребневиков, за исключением Trichoplax adhaerens, единственного известного представителя марты филума Placozoa.

У всех видов в кобеду 2010 г. было идентифицировано более 5000 различных микроРНК. В то время как короткие используются РНК с широко сопоставимой функцией у бактерий, у бактерий отсутствуют настоящие микроРНК.

Экспериментальное обнаружение и манипуляции

В то время как исследователи сосредоточили внимание на экспрессии miRNA в физиологических и патологических процессах, возникли различные технические переменные, связанные с выделением микроРНК. Стабильность хранимых образцов miRNA была поставлена ​​под сомнение. микроРНК разлагаются легче, чем мРНК, из-за их длины, но также из-за повсеместного присутствия РНКаз. Это требует образцов на льду и использования оборудования, свободного от РНКазы.

экспрессию микроРНК можно количественно измерить в двухэтапном процессе полимеразной цепной реакции модифицированного ОТ-ПЦР с продуктом количественной ПЦР. Варианты метода позволяют получить абсолютную или относительную количественную оценку. miRNA также можно гибридизировать с микрочипами, слайдами или чипами с зондами для сотен или мишеней miRNA, так что относительные уровни miRNA могут быть эффективными в различных образцах. микроРНК могут быть обнаружены и профилированы методы высокопроизводительного секвенирования (секвенирование микроРНК ). Активность миР можно экспериментально ингибировать с помощью заблокированной нуклеиновой кислоты (LNA) олиго, морфолино олиго или 2′-O-метил-олиго РНК.. Конкретная miRNA может подавляться комплементарным антагомиром. Созревание микроРНК может ингибироваться в нескольких точках стерически блокирующими олигонуклеотидами. Сайт-мишень miRNA транскрипта мРНК также может быть заблокирован стерически-блокирующим олиго. Для «in situ» miRNA установка «зонды» LNA или Morpholino. Закрытая конформация LNA приводит к увеличению чувствительности и селективности, что делает ее идеальной для обнаружения коротких miRNA.

Высокопроизводительное количественное определение miRNA подвержено ошибкам из-за большей дисперсии (по сравнению с мРНК ), что связано с методологическими проблемами. мРНК -экспрессия поэтому часто анализируется, чтобы проверить эффекты miRNA на их уровнях (например, in). Базы данных Программу для установки мРНК и данные miRNA, которые предсказывают мишени miRNA на основе их применяют. Хотя это обычно делается после обнаружения представляющих интерес miRNA (например, из-за высокого уровня экспрессии), были предложены идеи инструментов анализа, которые объединяют мРНК и информацию об экспрессии miRNA.

Заболевание

Подобно тому, как миРНК участвует в нормальном функционировании эукариотических клеток, нарушение регуляции миРНК также связано с заболеванием. Созданная вручную общедоступная база данных miR2Disease документирует известную взаимосвязь между нарушением регуляции miRNA и заболеваниями человека.

Унаследованные заболевания

Мутация в области зародыша miR-96 вызывает наследственную прогрессирующую потерю слуха.

Мутация в семенной области miR-184 вызывает наследственный кератоконус с передней полярной катарактой.

Удаление кластера miR-17 ~ 92 вызывает дефекты скелета и роста.

Рак

Роль miRNA в раковой клетке

Первым заболеванием человека, которое, как известно, связано с нарушением регуляции miRNA, был хронический лимфолейкоз. Многие другие миРНК также связаны с раком и, соответственно, иногда называются «онкомиры ». В злокачественных В-клетках миРНК участвуют в путях, фундаментальных для развития В-клеток, таких как передача сигналов В-клеточного рецептора (BCR), миграция / адгезия В-клеток, межклеточные взаимодействия в иммунных нишах, а также производство и переключение классов иммуноглобулинов. MiRNA влияют на созревание В-клеток, образование пре-, маргинальной зоны, фолликулярных, В1, плазменных В-клеток и В-клеток памяти.

Другая роль miRNA при раке — использовать уровень их экспрессии для прогноза. В образцах NSCLC низкие уровни miR-324 a могут служить индикатором плохой выживаемости. Высокие уровни miR-185 или низкие уровни miR-133b могут коррелировать с метастазами и плохой выживаемостью при колоректальном раке.

Более того, специфические miRNA могут быть связаны с некоторыми гистологическими подтипами колоректального рака. Например, было показано, что уровни экспрессии miR-205 и miR-373 повышены при муцинозном колоректальном раке и связанном с муцином язвенном колите раке толстой кишки, но не при спорадической аденокарциноме толстой кишки, в которой отсутствуют муцинозные компоненты. Исследования in vitro показали, что miR-205 и miR-373 могут функционально вызывать различные признаки опухолевой прогрессии, связанной с муцином, в эпителиальных клетках кишечника.

Пролиферация клеток гепатоцеллюлярной карциномы может возникать в результате взаимодействия miR-21 с MAP2K3, a ген-репрессор опухоли. Оптимальное лечение рака включает точное определение пациентов для терапии со стратификацией риска. Те, у кого есть быстрый ответ на начальное лечение, могут получить пользу от сокращенных схем лечения, что свидетельствует о ценности точного ответа на заболевание m меры. Бесклеточные миРНК очень стабильны в крови, сверхэкспрессируются при раке и поддаются количественной оценке в диагностической лаборатории. При классической лимфоме Ходжкина плазменные miR-21, miR-494 и miR-1973 являются многообещающими биомаркерами на заболевание. Циркулирующие миРНК посредством принятия клинических решений и интерпретации результатов позитронно-эмиссионной томографии в сочетании с компьютерной томографией. Их можно проводить на каждой консультации для реакции на заболевание и имеет рецидива.

МикроРНК могут быть использованы в качестве инструментов или мишеней для лечения различных видов рака. В нескольких исследованиях было обнаружено, что специфическая микроРНК, miR-506, действует как антагонист опухоли. Было обнаружено, что в значительном количестве образцов рака шейки матки miR-506 подавлена. Кроме того, miR-506 способствует апоптозу клеток рака шейки матки через фактор транскрипции прямого пути ежа, Gli3.

Восстановление ДНК и рак

Рак вызывается накоплением мутации из-за повреждений ДНК или неисправных ошибок в репликации ДНК. Дефекты репарации ДНК вызывают накопление мутаций, которые могут привести к раку. Некоторые гены, участвующие в репарации ДНК, регулируются микроРНК.

Мутации зародышевой линии в генах репарации ДНК вызывают только 2–5% случаев рака толстой кишки. Однако измененная микроРНК, вызывающая дефицит репарации ДНК, часто используется причинным фактором. Среди 68 спорадических случаев рака толстой экспрессией белка репарации быстрого спаривания ДНК MLH1 в большинстве случаев обнаружено дефицит из-за эпигенетического метилирования CpG остров гена MLH1. Однако до 15% дефицита MLH1 при спорадических формах рака толстой кишки, по-видимому, сотрудничает со сверхэкспрессией микроРНК miR-155, которая подавляет экспрессию MLH1.

В 29–66% глиобластом репарация ДНК недостаточна из-за эпигенетического метилирования гена MGMT, которое снижает экспрессию белка MGMT. Однако для 28% глиобластом белка MGMT недостаточен, но промотор MGMT не метилирован. В глиобластомах без метилированных промоторов MGMT уровень микроРНК miR-181d обратно коррелирует с экспрессией белка MGMT, а прямой мишенью miR-181d является MGMT мРНК 3’UTR (трехпрайм нетранслируемых области мРНК МГМТ). Таким образом, в 28% глиобластом повышенная экспрессия miR-181d и пониженная экспрессия фермента репарации репарации ДНК MGMT могут быть причинными факторами ДНК.

Белки HMGA (HMGA1a, HMGA1b и HMGA2) участвуют в развитии рака, и экспрессия этих белков регулируется микроРНК. Экспрессия HMGA почти не обнаруживается в дифференцированных тканях взрослого человека, но повышена во многих случаях рака. Белки HMGA представляют собой полипептиды из ~ 100 аминокислотных остатков, характеризующиеся модульной организацией последовательностей. Эти белки имеют три высоко положительно заряженных участка, называемых АТ-крючками, которые связывают малую бороздку участков ДНК, богатых АТ, в диаграмме ДНК. Новообразования человека, включая карциномы щитовидной железы, предстательной железы, шейки матки, колоректального тракта, поджелудочной железы и яичников, демонстрируют сильное увеличение белков HMGA1a и HMGA1b. У трансгенных мышей с HMGA1, нацеленным на лимфоидные клетки, агрессивная лимфома, показывает, что высокая экспрессия HMGA1 связана с раком и что HMGA1 может действовать как онкоген. Белок HMGA2 специфически нацелен на промотор ERCC1, тем самым снижая экспресс этого гена репарации ДНК. Экспрессия белка ERCC1 была недостаточной в 100% из 47 оцененных случаев рака толстой кишки (степень участия HGMA2 неизвестна).

Болезнь сердца

Глобальная роль функции miRNA в сердце была устранена путем условного ингибирования созревания миРНК в сердце мыши. Это показало, что miRNA играет роль во время его развития. Исследования профилей экспрессии miRNA демонстрируют, что уровни miRNA проявляются в пораженном сердце человека, экспрессия их участие в кардиомиопатиях. Более специфические miRNA на животных идентифицировали роли miRNA как во время развития сердца, включая регуляцию ключевых факторов, важных для кардиогенеза, реакции гипертрофического роста и сердечной проводимости. Другая роль миРНК в сердечно-сосудистых заболеваниях — использование уровней их экспрессии для диагностики, прогноза или стратификации риска. miRNA в моделях животных также связаны с метаболизмом и регуляцией холестерина.

miRNA-712

Мышиная микроРНК-712 является потенциальным биомаркером (т.е. предиктором) атеросклероза, сердечно-сосудистые заболевания, артериальной стенки, связанного с задержкой липидов и воспалением. Неламинарный кровоток также коррелирует с развитием атеросклероза, поскольку механосеноры эндотелиальных клеток реагируют на силу сдвига нарушенного кровотока (d-поток). Ряд проатерогенных генов, включая матриксные металлопротеиназы (MMP), активируются с помощью d-потока, опосредуя провоспалительные и проангиогенные сигналы. Эти результаты наблюдались в перевязанных сонных артериях мышей, чтобы имитировать эффекты d-потока. В течение 24 часов ранее существовавшая незрелая miR-712 образовывала зрелую miR-712, что позволяет предположить, что miR-712 является чувствительной к потоку. Соответствуя этим результатам, miR-712 также активируется в эндотелиальных клетках, подвергающихся естественному d-потоку в большей кривизне дуги аорты.

Источник

Последовательность пре-мРНК miR-712 генерируется из гена рибосомных RN45 мыши в области 2 внутреннего транскрибированного спейсера (ITS2). XRN1 представляет собой экзонуклеазу, которая разрушает область ITS2 во время процессинга RN45. Таким образом, уменьшение XRN1 в условиях d-потока приводит к накоплению miR-712.

Механизм

MiR-712 нацелен на тканевой ингибитор металлопротеиназы 3 (TIMP3). ТИМП обычно регулируют активность матриксных металлопротеиназ (ММП), которые разрушают внеклеточный матрикс (ЕСМ). Артериальный ECM в основном состоит из коллагена и эластина, обеспечивающих структурную поддержку и отдачи артерий. Эти волокна играют решающую роль в регуляции воспаления и проницаемости сосудов, которые важны для развития атеросклероза. TIMP3, экспрессируемый эндотелиальными клетками, является единственным TIMP, являющимся с ECM. Снижение экспрессии TIMP3 приводит к увеличению деградации ECM в присутствии d-потока. В соответствии с данным, ингибирование до miR712 увеличивает экспрессию TIMP3 в клетках при воздействии турбулентного потока.

TIMP3 также снижает TNFα (провоспалительного регулятора) во время турбулентного потока. Активность TNFα в турбулентном потоке измеряют по экспрессии TNFα-превращающего фермента (TACE) в крови. TNFα снижается, если ингибируется miR-712 или TIMP3 сверхэкспрессируется, что позволяет предположить, что miR-712 и TIMP3 регулируют активность TACE в условиях турбулентного потока.

Анти-miR-712 эффективно подавляет экспрессию miR-712, индуцированную d-потоком, усиливает экспрессию TIMP3. Анти-miR-712 также ингибирует повышенную проницаемость сосудов, тем самым значительно снижая развитие атеросклероза и инфильтрации иммунных клеток.

Гомолог микроРНК-205 человека

Гомолог miR-712 человека был обнаружен на RN45. ген-гомолог, который поддерживает микроРНК, аналогичные мышам. МиР-205 человека имеет сходные последовательность с miR-712 мышей и охраняем у позвоночных. MiR-205 и miR-712 также разделяют более 50% клеточных сигнальных мишеней, включая TIMP3.

При тестировании d-поток снижал экспрессию XRN1 у людей, как это было в эндотелиальных клетках мышей, что указывает на распространенную роль XRN1 у людей.

Заболевание почек

Нацеленная делеция Dicer в FoxD1 -производственных почечных клетках-предшественников на мышиной модели привела к сложному почечному фенотипу, включая увеличение предшественников нефрона, меньшее количество клеток ренина, гладкомышечные артериолы, прогрессирующую мезангиальную потерю и клубочковые аневризмы. Высокопроизводительное профилирование полного транскриптома модели мыши с нокаутом FoxD1-Dicer выявило эктопическую активацию проапоптотического гена Bcl2L11 (Bim) и нарушение регуляции пути p53 с созданием эффекторных генов p53, включая Bax, Trp53inp1, Jun, Cdkn1a, Mmp2 и Arid3a. Уровни белка p53 остались неизменными, что позволяет предположить, что стромальные miRNA FoxD1 непосредственно репрессируют гены-эффекторы p53. Используя метод метода клонов с последующим сортировкой флуоресцентно-активируемых клеток, профилирование миРНК-клеток, полученных из FoxD1, не только всесторонне определенно транскрипционный ландшафт микроРНК, которые имеют решающее значение для развития сосудов, но также идентифицированы ключевые микроРНК, которые являются вероятно, модулирующий почечный фенотип в его отсутствие. Эти miRNA включают miRs-10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370 и 381, которые регулируют Bcl2L11 (Bim) и miRs-15b, 18a, 21, 30c, 92a, 106a, 125b-5p, 145, 214, 222, 296-5p и 302a, которые регулируют гены эффекторов р53. В соответствии с результатами профилирования, эктопический апоптоз наблюдался в клеточных производных линии предков, происходящих от FoxD1, подтвердился почечных стромальных миРНК в клеточном гомеостазе.

Нервная система

миРНК, по-видимому, регулируют развитие функции и нервной системы. Нервные miRNA участвуют на различных стадиях синаптического развития, включая дендритогенез (включая miR-132, miR-134 и miR-124 ), образование синапса и синапс созревание ( где, как полагают, участвуют miR-134 и miR-138). Некоторые исследования обнаруживают измененную экспрессию miRNA при болезни Альцгеймера, а также шизофрении, биполярном расстройстве, большой депрессии и тревожных расстройствах..

Инсульт

По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, инсульт причин одной из основных смерти и длительной инвалидности в Америке. 87% случаев связаны с ишемическим инсультом, который возникает в результате закупорки артерии головного мозга, по которой проходит богатая кислородом кровь. Обструкция кровотока означает, что мозг не может получать необходимые питательные вещества, такие как кислород и глюкоза, и удалять отходы, такие как углекислый газ. miRNA играют роль в посттрансляционном подавлении генов, воздействуют на гены в патогенезе церебральной ишемии, такие как воспалительный, ангиогенез и апоптотический пути.

Алкоголизм

Жизненно важная роль miRNA в экспрессии генов имеет значение для зависимости, в частности алкоголизма. Хроническое использование алкоголем приводит к стойким изменениям функции мозга, частично опосредованным изменениями экспрессии гена . Глобальная регуляция miRNA многих нижестоящих генов считается значимой в отношении реорганизации или синаптических связей или долгосрочных нейронных адаптаций, включающих изменение поведения от потребленияоля к отмене и / или. В посмертном мозге алкоголика было обнаружено изменение до 35 различных миРНК, все из которых нацелены на гены, которые включают регуляцию клеточного цикла, апоптоза, клеточная адгезия, развитие нервной системы и передача сигналов. Измененные уровни miRNA были обнаружены в медиальной префронтальной коре алкогольной зависимости мышей, что свидетельствует о роли miRNA в управлении трансляционным дисбалансом и создании дифференциально экспрессируемых белков той области мозга, где сложное когнитивное поведение и выработка решений скорее всего происходит.

миРНК могут быть либо активированы, либо подавлены в ответ на хроническое употребление алкоголя. Экспрессия miR-206 увеличивалась в префронтальной коре головного мозга алкоголезависимых крыс, воздействуя на нейротрофический фактор головного мозга (BDNF ) фактор транскрипции и в конечном итоге снижая его экспрессию. BDNF играет решающую роль в формировании и созревании новых нейронов и синапсов, предполагаемое возможное участие в росте синапсов / синаптической пластичности у лиц, злоупотребляющих алкоголем. Было обнаружено, что miR-155, важная для регуляции вызванных алкоголем факторов нейровоспаления, активируется, что свидетельствует о роли микроглии и воспалительные цитокинов в патофизиологии алкоголя. Подавление miR-382 было обнаружено в исходном ядре, структуре в базальном переднем мозге, значимой в регулировании чувства вознаграждения, которое питает мотивационные привычки. miR-382 является мишенью для дофаминового рецептора D1 (DRD1), и его сверхэкспрессия приводит к усилению регуляции DRD1 и дельта fosB, фактор транскрипции, который активирует серию событий транскрипции. в результате accumbens, что в итоге приводит к аддиктивному поведению. С другой стороны, сверхэкспрессия miR-382 приводит к ослаблению употребления алкоголя и ингибированию активации DRD1 и дельта fosB в моделях алкоголизма на крысах, демонстрируя возможность использования miRNA фармацевтических препаратов при лечении.

Ожирение

миРНК играют решающую роль в регуляции предшественников стволовых клеток, дифференцирующихся в адипоциты. Исследования для определения того, какую роль плюрипотентные стволовые клетки играют в адипогенезе, были изучены на иммортализованной линии hMSC костного мозга человека стромальных клеток. -Tert20. Снижение экспрессии miR-155, miR-221 и miR-222 было обнаружено во время адипогенного программирования как иммортализованных, так и первичных hMSC, что позволяет предположить, что они установлены как негативные регуляторы дифференцировки. Напротив, эктопическая экспрессия miРНК 155, 211 и 222 ингибировала адипогенез и подавляла индукцию главных регуляторов PPARγ и CCAAT / связывающего энхансер белка альфа (CEBPA ). Это открывает путь к возможному лечению генетического ожирения.

Другим классом miRNA, которые регулируют инсулинорезистентность, ожирение и диабет, является семейством let-7.. Let-7 накапливается в тканях человека в процессе старения. Когда let-7 эктопически сверхэкспрессировалась, чтобы имитировать ускоренное старение, мыши становились инсулинорезистентными и, таким образом, более склонными к ожирению, вызванному диетой с высоким уровнем жиров, и диабету. Напротив, когда let-7 ингибировалась инъекциями let-7-специфических антагомиров, мыши становятся более чувствительными к инсулину и значительно устойчивы к ожирению и диабету, вызванному диетой с высоким уровнем жиров. Подавление let-7 может не только предотвратить ожирение и диабет, но обратить вспять и вылечить это состояние. Эти экспериментальные данные предполагают, что ингибирование let-7 может представлять собой новую терапию для ожирения и диабета 2 типа.

Гемостаз

миРНК также играют решающую роль в регуляции сложных каскадов, включая систему гемостатического свертывания крови. Крупномасштабные исследования функционального нацеливания miRNA выявили рациональные терапевтические цели в системе гемостаза.

Некодирующие РНК

Когда проект генома человека обнаружил его первые хромосома в 1999 году было предсказано, что геном будет содержать более 100 000 генов, кодирующих белок. Однако в конечном итоге было идентифицировано только около 20 000 человек. С тех пор появление биоинформатических подходов в сочетании с исследованиями разбиения генома, изучающими транскриптом, систематическим секвенированием полноразмерных библиотек кДНК и экспериментальной проверкой (включая создание антисмысловых олигонуклеотидов, полученных из микроРНК, называемых антагомирами ), что многие транскрипты представляют собой небелковые РНК, включая несколько snoRNAs и miRNA.

Вирусы

вирусные микроРНК играют роль в регуляции генов экспрессия вирусных генов и / или генов хозяина на пользу вирусу. Следовательно, miRNA играют ключевую роль во взаимодействии хозяин-вирус и патогенезе вирусных заболеваний. Считается, что экспрессия активаторов транскрипции ДНК вируса герпеса-6 человека регулируется вирусной миРНК.

Предсказание цели

миРНК могут связываться с целевой матричной РНК (мРНК) транскрипты генов, кодирующие белок, отрицательно контролируют их трансляцию или вызывают деградацию мРНК. Ключевое значение имеет конкретное определение мишеней miRNA. Доступно сравнение прогнозирующей производительности восемнадцати алгоритмов in silico. Крупномасштабные исследования функционального таргетинга miRNA показывают, что многие функциональные miRNA могут быть упущены алгоритмами прогнозирования целей.

См. Также

• Биологический портал

• Анти-miRNA олигонуклеотиды
• Экспрессия генов
• Список инструментов для прогнозирования гена miRNA
• Список инструментов для прогнозирования мишеней miRNA
• MicroDNA
• miR-324-5p
• РНК-интерференция
• Малая интерферирующая РНК
• Маленькая ядрышковая РНК-производная микроРНК

Ссылки 146>

Дополнительная литература

Внешние ссылки

• База данных miRBase
• miRTarBase, экспериментально подтвержденная база данных взаимодействий микроРНК-мишень.
• семирна, веб-приложение для поиска микроРНК в геноме растений.
• ONCO.IO : Интегрирующий ресурс для анализа микроРНК и факторов транскрипции при раке.
• MirOB : База данных MicroRNA, а также инструменты анализа и обработки данных.
• База данных ChIPBase : База данных с открытым доступом для расшифровка факторов транскрипции, которые участвовали в транскрипции микроРНК или влияли на нее, из данных ChIP-seq.
• Анимированное видео процесса биогенеза микроРНК.
• Реагенты для модуляции миРНК для включения регуляция или подавление функции эндогенных зрелых микроРНК

MicroRNA (miRNA) are small, single-stranded, non-coding RNA molecules containing 21 to 23 nucleotides.^[1] Found in plants, animals and some viruses, miRNAs are involved in RNA silencing and post-transcriptional regulation of gene expression.^[2][3] miRNAs base-pair to complementary sequences in mRNA molecules,^[4] then gene silence said mRNA molecules by one or more of the following processes: (1) cleavage of mRNA strand into two pieces, (2) destabilization of mRNA by shortening its poly(A) tail, or (3) translation of mRNA into proteins. This last method of gene silencing is the least efficient of the three, and requires the aid of ribosomes.^[4][5]

miRNAs resemble the small interfering RNAs (siRNAs) of the RNA interference (RNAi) pathway, except miRNAs derive from regions of RNA transcripts that fold back on themselves to form short hairpins, whereas siRNAs derive from longer regions of double-stranded RNA.^[6] The human genome may encode over 1900 miRNAs,^[7] although more recent analysis suggests that the number is closer to 2,300.^[8] However, only about 500 human microRNAs represent bona fide miRNA in the manually curated miRNA gene database MirGeneDB.^[9]

miRNAs are abundant in many mammalian cell types^[10][11] and as extracellular circulating miRNAs.^[12] Circulating miRNAs are released into body fluids including blood and cerebrospinal fluid and have the potential to be available as biomarkers in a number of diseases.^[12][13] MiRNAs appear to target about 60% of the genes of humans and other mammals.^[14][15] Many miRNAs are evolutionarily conserved, which implies that they have important biological functions.^[16][2] For example, 90 families of miRNAs have been conserved since at least the common ancestor of mammals and fish, and most of these conserved miRNAs have important functions, as shown by studies in which genes for one or more members of a family have been knocked out in mice.^[2]

History[edit]

The first miRNA was discovered in the early 1990s.^[17] However, miRNAs were not recognized as a distinct class of biological regulators until the early 2000s.^{[18][19][20][21][22]} miRNA research revealed different sets of miRNAs expressed in different cell types and tissues^[11][23] and multiple roles for miRNAs in plant and animal development and in many other biological processes.^{[24][25][26][27][28][29][30]} Aberrant miRNA expression are implicated in disease states. MiRNA-based therapies are under investigation.^{[31][32][33][34]}

The first miRNA was discovered in 1993 by a group led by Ambros and including Lee and Feinbaum. However, additional insight into its mode of action required simultaneously published work by Ruvkun’s team, including Wightman and Ha.^[17][35] These groups published back-to-back papers on the lin-4 gene, which was known to control the timing of C. elegans larval development by repressing the lin-14 gene. When Lee et al. isolated the lin-4 miRNA, they found that instead of producing an mRNA encoding a protein, it produced short non-coding RNAs, one of which was a ~22-nucleotide RNA that contained sequences partially complementary to multiple sequences in the 3′ UTR of the lin-14 mRNA.^[17] This complementarity was proposed to inhibit the translation of the lin-14 mRNA into the LIN-14 protein. At the time, the lin-4 small RNA was thought to be a nematode idiosyncrasy.

In 2000, a second small RNA was characterized: let-7 RNA, which represses lin-41 to promote a later developmental transition in C. elegans.^[18] The let-7 RNA was found to be conserved in many species, leading to the suggestion that let-7 RNA and additional «small temporal RNAs» might regulate the timing of development in diverse animals, including humans.^[19]

A year later, the lin-4 and let-7 RNAs were found to be part of a large class of small RNAs present in C. elegans, Drosophila and human cells.^[20][21][22] The many RNAs of this class resembled the lin-4 and let-7 RNAs, except their expression patterns were usually inconsistent with a role in regulating the timing of development. This suggested that most might function in other types of regulatory pathways. At this point, researchers started using the term «microRNA» to refer to this class of small regulatory RNAs.^[20][21][22]

The first human disease associated with deregulation of miRNAs was chronic lymphocytic leukemia. In this disorder, the miRNAs have a dual role working as both tumor suppressors and oncogenes.^[36]

Nomenclature[edit]

Under a standard nomenclature system, names are assigned to experimentally confirmed miRNAs before publication.^[37][38] The prefix «miR» is followed by a dash and a number, the latter often indicating order of naming. For example, miR-124 was named and likely discovered prior to miR-456. A capitalized «miR-» refers to the mature form of the miRNA, while the uncapitalized «mir-» refers to the pre-miRNA and the pri-miRNA.^[39] The miRNAs encoding genes are also named using the same three-letter prefix according to the conventions of the organism gene nomenclature. For examples, the official miRNAs gene names in some organisms are «mir-1 in C. elegans and Drosophila, Mir-1 in Rattus norvegicus and MIR-25 in human.

miRNAs with nearly identical sequences except for one or two nucleotides are annotated with an additional lower case letter. For example, miR-124a is closely related to miR-124b. For example:

hsa-miR-181a: aacauucaACgcugucggugAgu

hsa-miR-181b: aacauucaUUgcugucggugGgu

Pre-miRNAs, pri-miRNAs and genes that lead to 100% identical mature miRNAs but that are located at different places in the genome are indicated with an additional dash-number suffix. For example, the pre-miRNAs hsa-mir-194-1 and hsa-mir-194-2 lead to an identical mature miRNA (hsa-miR-194) but are from genes located in different genome regions.

Species of origin is designated with a three-letter prefix, e.g., hsa-miR-124 is a human (Homo sapiens) miRNA and oar-miR-124 is a sheep (Ovis aries) miRNA. Other common prefixes include «v» for viral (miRNA encoded by a viral genome) and «d» for Drosophila miRNA (a fruit fly commonly studied in genetic research).

When two mature microRNAs originate from opposite arms of the same pre-miRNA and are found in roughly similar amounts, they are denoted with a -3p or -5p suffix. (In the past, this distinction was also made with «s» (sense) and «as» (antisense)). However, the mature microRNA found from one arm of the hairpin is usually much more abundant than that found from the other arm,^[6] in which case, an asterisk following the name indicates the mature species found at low levels from the opposite arm of a hairpin. For example, miR-124 and miR-124* share a pre-miRNA hairpin, but much more miR-124 is found in the cell.

Targets[edit]

Plant miRNAs usually have near-perfect pairing with their mRNA targets, which induces gene repression through cleavage of the target transcripts.^[24][40] In contrast, animal miRNAs are able to recognize their target mRNAs by using as few as 6–8 nucleotides (the seed region) at the 5′ end of the miRNA,^[14][41][42] which is not enough pairing to induce cleavage of the target mRNAs.^[4] Combinatorial regulation is a feature of miRNA regulation in animals.^[4][43] A given miRNA may have hundreds of different mRNA targets, and a given target might be regulated by multiple miRNAs.^[15][44]

Estimates of the average number of unique messenger RNAs that are targets for repression by a typical miRNA vary, depending on the estimation method,^[45] but multiple approaches show that mammalian miRNAs can have many unique targets. For example, an analysis of the miRNAs highly conserved in vertebrates shows that each has, on average, roughly 400 conserved targets.^[15] Likewise, experiments show that a single miRNA species can reduce the stability of hundreds of unique messenger RNAs.^[46] Other experiments show that a single miRNA species may repress the production of hundreds of proteins, but that this repression often is relatively mild (much less than 2-fold).^[47][48] The first human disease discovered to be associated with deregulation of miRNAs was chronic lymphocytic leukemia. Other B cell malignancies followed.

Further information on the Poly(A)-binding protein: Paip2b

Biogenesis[edit]

As many as 40% of miRNA genes may lie in the introns or even exons of other genes.^[49] These are usually, though not exclusively, found in a sense orientation,^[50][51] and thus usually are regulated together with their host genes.^[49][52][53]

The DNA template is not the final word on mature miRNA production: 6% of human miRNAs show RNA editing (IsomiRs), the site-specific modification of RNA sequences to yield products different from those encoded by their DNA. This increases the diversity and scope of miRNA action beyond that implicated from the genome alone.

Transcription[edit]

miRNA genes are usually transcribed by RNA polymerase II (Pol II).^[54][55] The polymerase often binds to a promoter found near the DNA sequence, encoding what will become the hairpin loop of the pre-miRNA. The resulting transcript is capped with a specially modified nucleotide at the 5′ end, polyadenylated with multiple adenosines (a poly(A) tail),^[54][50] and spliced. Animal miRNAs are initially transcribed as part of one arm of an ∼80 nucleotide RNA stem-loop that in turn forms part of a several hundred nucleotide-long miRNA precursor termed a pri-miRNA.^[54][50] When a stem-loop precursor is found in the 3′ UTR, a transcript may serve as a pri-miRNA and a mRNA.^[50] RNA polymerase III (Pol III) transcribes some miRNAs, especially those with upstream Alu sequences, transfer RNAs (tRNAs), and mammalian wide interspersed repeat (MWIR) promoter units.^[56]

Nuclear processing[edit]

A single pri-miRNA may contain from one to six miRNA precursors. These hairpin loop structures are composed of about 70 nucleotides each. Each hairpin is flanked by sequences necessary for efficient processing.

The double-stranded RNA (dsRNA) structure of the hairpins in a pri-miRNA is recognized by a nuclear protein known as DiGeorge Syndrome Critical Region 8 (DGCR8 or «Pasha» in invertebrates), named for its association with DiGeorge Syndrome. DGCR8 associates with the enzyme Drosha, a protein that cuts RNA, to form the Microprocessor complex.^[57][58] In this complex, DGCR8 orients the catalytic RNase III domain of Drosha to liberate hairpins from pri-miRNAs by cleaving RNA about eleven nucleotides from the hairpin base (one helical dsRNA turn into the stem).^[59][60] The product resulting has a two-nucleotide overhang at its 3′ end; it has 3′ hydroxyl and 5′ phosphate groups. It is often termed as a pre-miRNA (precursor-miRNA). Sequence motifs downstream of the pre-miRNA that are important for efficient processing have been identified.^[61][62][63]

Pre-miRNAs that are spliced directly out of introns, bypassing the Microprocessor complex, are known as «Mirtrons.» Originally thought to exist only in Drosophila and C. elegans, mirtrons have now been found in mammals.^[64]

As many as 16% of pre-miRNAs may be altered through nuclear RNA editing.^[65][66][67] Most commonly, enzymes known as adenosine deaminases acting on RNA (ADARs) catalyze adenosine to inosine (A to I) transitions. RNA editing can halt nuclear processing (for example, of pri-miR-142, leading to degradation by the ribonuclease Tudor-SN) and alter downstream processes including cytoplasmic miRNA processing and target specificity (e.g., by changing the seed region of miR-376 in the central nervous system).^[65]

Nuclear export[edit]

Pre-miRNA hairpins are exported from the nucleus in a process involving the nucleocytoplasmic shuttler Exportin-5. This protein, a member of the karyopherin family, recognizes a two-nucleotide overhang left by the RNase III enzyme Drosha at the 3′ end of the pre-miRNA hairpin. Exportin-5-mediated transport to the cytoplasm is energy-dependent, using guanosine triphosphate (GTP) bound to the Ran protein.^[68]

Cytoplasmic processing[edit]

In the cytoplasm, the pre-miRNA hairpin is cleaved by the RNase III enzyme Dicer.^[69] This endoribonuclease interacts with 5′ and 3′ ends of the hairpin^[70] and cuts away the loop joining the 3′ and 5′ arms, yielding an imperfect miRNA:miRNA* duplex about 22 nucleotides in length.^[69] Overall hairpin length and loop size influence the efficiency of Dicer processing. The imperfect nature of the miRNA:miRNA* pairing also affects cleavage.^[69][71] Some of the G-rich pre-miRNAs can potentially adopt the G-quadruplex structure as an alternative to the canonical stem-loop structure. For example, human pre-miRNA 92b adopts a G-quadruplex structure which is resistant to the Dicer mediated cleavage in the cytoplasm.^[72] Although either strand of the duplex may potentially act as a functional miRNA, only one strand is usually incorporated into the RNA-induced silencing complex (RISC) where the miRNA and its mRNA target interact.

While the majority of miRNAs are located within the cell, some miRNAs, commonly known as circulating miRNAs or extracellular miRNAs, have also been found in extracellular environment, including various biological fluids and cell culture media.^[73][74]

Biogenesis in plants[edit]

miRNA biogenesis in plants differs from animal biogenesis mainly in the steps of nuclear processing and export. Instead of being cleaved by two different enzymes, once inside and once outside the nucleus, both cleavages of the plant miRNA are performed by a Dicer homolog, called Dicer-like1 (DL1). DL1 is expressed only in the nucleus of plant cells, which indicates that both reactions take place inside the nucleus. Before plant miRNA:miRNA* duplexes are transported out of the nucleus, its 3′ overhangs are methylated by a RNA methyltransferaseprotein called Hua-Enhancer1 (HEN1). The duplex is then transported out of the nucleus to the cytoplasm by a protein called Hasty (HST), an Exportin 5 homolog, where they disassemble and the mature miRNA is incorporated into the RISC.^[75]

RNA-induced silencing complex[edit]

The mature miRNA is part of an active RNA-induced silencing complex (RISC) containing Dicer and many associated proteins.^[76] RISC is also known as a microRNA ribonucleoprotein complex (miRNP);^[77] A RISC with incorporated miRNA is sometimes referred to as a «miRISC.»

Dicer processing of the pre-miRNA is thought to be coupled with unwinding of the duplex. Generally, only one strand is incorporated into the miRISC, selected on the basis of its thermodynamic instability and weaker base-pairing on the 5′ end relative to the other strand.^[78][79][80] The position of the stem-loop may also influence strand choice.^[81] The other strand, called the passenger strand due to its lower levels in the steady state, is denoted with an asterisk (*) and is normally degraded. In some cases, both strands of the duplex are viable and become functional miRNA that target different mRNA populations.^[82]

Members of the Argonaute (Ago) protein family are central to RISC function. Argonautes are needed for miRNA-induced silencing and contain two conserved RNA binding domains: a PAZ domain that can bind the single stranded 3′ end of the mature miRNA and a PIWI domain that structurally resembles ribonuclease-H and functions to interact with the 5′ end of the guide strand. They bind the mature miRNA and orient it for interaction with a target mRNA. Some argonautes, for example human Ago2, cleave target transcripts directly; argonautes may also recruit additional proteins to achieve translational repression.^[83] The human genome encodes eight argonaute proteins divided by sequence similarities into two families: AGO (with four members present in all mammalian cells and called E1F2C/hAgo in humans), and PIWI (found in the germ line and hematopoietic stem cells).^[77][83]

Additional RISC components include TRBP [human immunodeficiency virus (HIV) transactivating response RNA (TAR) binding protein],^[84] PACT (protein activator of the interferon-induced protein kinase), the SMN complex, fragile X mental retardation protein (FMRP), Tudor staphylococcal nuclease-domain-containing protein (Tudor-SN), the putative DNA helicase MOV10, and the RNA recognition motif containing protein TNRC6B.^[68][85][86]

Mode of silencing and regulatory loops[edit]

Gene silencing may occur either via mRNA degradation or preventing mRNA from being translated. For example, miR16 contains a sequence complementary to the AU-rich element found in the 3’UTR of many unstable mRNAs, such as TNF alpha or GM-CSF.^[87] It has been demonstrated that given complete complementarity between the miRNA and target mRNA sequence, Ago2 can cleave the mRNA and lead to direct mRNA degradation. In the absence of complementarity, silencing is achieved by preventing translation.^[46] The relation of miRNA and its target mRNA can be based on the simple negative regulation of a target mRNA, but it seems that a common scenario is the use of a «coherent feed-forward loop», «mutual negative feedback loop» (also termed double negative loop) and «positive feedback/feed-forward loop». Some miRNAs work as buffers of random gene expression changes arising due to stochastic events in transcription, translation and protein stability. Such regulation is typically achieved by the virtue of negative feedback loops or incoherent feed-forward loop uncoupling protein output from mRNA transcription.

Turnover[edit]

Turnover of mature miRNA is needed for rapid changes in miRNA expression profiles. During miRNA maturation in the cytoplasm, uptake by the Argonaute protein is thought to stabilize the guide strand, while the opposite (* or «passenger») strand is preferentially destroyed. In what has been called a «Use it or lose it» strategy, Argonaute may preferentially retain miRNAs with many targets over miRNAs with few or no targets, leading to degradation of the non-targeting molecules.^[88]

Decay of mature miRNAs in Caenorhabditis elegans is mediated by the 5′-to-3′ exoribonuclease XRN2, also known as Rat1p.^[89] In plants, SDN (small RNA degrading nuclease) family members degrade miRNAs in the opposite (3′-to-5′) direction. Similar enzymes are encoded in animal genomes, but their roles have not been described.^[88]

Several miRNA modifications affect miRNA stability. As indicated by work in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress), mature plant miRNAs appear to be stabilized by the addition of methyl moieties at the 3′ end. The 2′-O-conjugated methyl groups block the addition of uracil (U) residues by uridyltransferase enzymes, a modification that may be associated with miRNA degradation. However, uridylation may also protect some miRNAs; the consequences of this modification are incompletely understood. Uridylation of some animal miRNAs has been reported. Both plant and animal miRNAs may be altered by addition of adenine (A) residues to the 3′ end of the miRNA. An extra A added to the end of mammalian miR-122, a liver-enriched miRNA important in hepatitis C, stabilizes the molecule and plant miRNAs ending with an adenine residue have slower decay rates.^[88]

Cellular functions[edit]

The function of miRNAs appears to be in gene regulation. For that purpose, a miRNA is complementary to a part of one or more messenger RNAs (mRNAs). Animal miRNAs are usually complementary to a site in the 3′ UTR whereas plant miRNAs are usually complementary to coding regions of mRNAs.^[91] Perfect or near perfect base pairing with the target RNA promotes cleavage of the RNA.^[92] This is the primary mode of plant miRNAs.^[93] In animals the match-ups are imperfect.

For partially complementary microRNAs to recognise their targets, nucleotides 2–7 of the miRNA (its ‘seed region’^[14][41]) must be perfectly complementary.^[94] Animal miRNAs inhibit protein translation of the target mRNA^[95] (this is present but less common in plants).^[93] Partially complementary microRNAs can also speed up deadenylation, causing mRNAs to be degraded sooner.^[96] While degradation of miRNA-targeted mRNA is well documented, whether or not translational repression is accomplished through mRNA degradation, translational inhibition, or a combination of the two is hotly debated. Recent work on miR-430 in zebrafish, as well as on bantam-miRNA and miR-9 in Drosophila cultured cells, shows that translational repression is caused by the disruption of translation initiation, independent of mRNA deadenylation.^[97][98]

miRNAs occasionally also cause histone modification and DNA methylation of promoter sites, which affects the expression of target genes.^[99][100]

Nine mechanisms of miRNA action are described and assembled in a unified mathematical model:^[90]

• Cap-40S initiation inhibition;
• 60S Ribosomal unit joining inhibition;
• Elongation inhibition;
• Ribosome drop-off (premature termination);
• Co-translational nascent protein degradation;
• Sequestration in P-bodies;
• mRNA decay (destabilisation);
• mRNA cleavage;
• Transcriptional inhibition through microRNA-mediated chromatin reorganization followed by gene silencing.

It is often impossible to discern these mechanisms using experimental data about stationary reaction rates. Nevertheless, they are differentiated in dynamics and have different kinetic signatures.^[90]

Unlike plant microRNAs, the animal microRNAs target diverse genes.^[41] However, genes involved in functions common to all cells, such as gene expression, have relatively fewer microRNA target sites and seem to be under selection to avoid targeting by microRNAs.^[101] There is a strong correlation between ITPR gene regulations and mir-92 and mir-19.^[102]

dsRNA can also activate gene expression, a mechanism that has been termed «small RNA-induced gene activation» or RNAa. dsRNAs targeting gene promoters can induce potent transcriptional activation of associated genes. This was demonstrated in human cells using synthetic dsRNAs termed small activating RNAs (saRNAs),^[103] but has also been demonstrated for endogenous microRNA.^[104]

Interactions between microRNAs and complementary sequences on genes and even pseudogenes that share sequence homology are thought to be a back channel of communication regulating expression levels between paralogous genes (genes having a similar structure indicating divergence from a common ancestral gene). Given the name «competing endogenous RNAs» (ceRNAs), these microRNAs bind to «microRNA response elements» on genes and pseudogenes and may provide another explanation for the persistence of non-coding DNA.^[105]

Some researches show that mRNA cargo of exosomes may have a role in implantation, they can savage an adhesion between trophoblast and endometrium or support the adhesion by down regulating or up regulating expression of genes involved in adhesion/invasion.^[106]

Moreover, miRNA as miR-183/96/182 seems to play a key role in circadian rhythm.^[107]

Evolution[edit]

miRNAs are well conserved in both plants and animals, and are thought to be a vital and evolutionarily ancient component of gene regulation.^{[108][109][110][111][112]} While core components of the microRNA pathway are conserved between plants and animals, miRNA repertoires in the two kingdoms appear to have emerged independently with different primary modes of action.^[113][114]

microRNAs are useful phylogenetic markers because of their apparently low rate of evolution.^[115] microRNAs’ origin as a regulatory mechanism developed from previous RNAi machinery that was initially used as a defense against exogenous genetic material such as viruses.^[116] Their origin may have permitted the development of morphological innovation, and by making gene expression more specific and ‘fine-tunable’, permitted the genesis of complex organs^[117] and perhaps, ultimately, complex life.^[112] Rapid bursts of morphological innovation are generally associated with a high rate of microRNA accumulation.^[115][117]

New microRNAs are created in multiple ways. Novel microRNAs can originate from the random formation of hairpins in «non-coding» sections of DNA (i.e. introns or intergene regions), but also by the duplication and modification of existing microRNAs.^[118] microRNAs can also form from inverted duplications of protein-coding sequences, which allows for the creation of a foldback hairpin structure.^[119] The rate of evolution (i.e. nucleotide substitution) in recently originated microRNAs is comparable to that elsewhere in the non-coding DNA, implying evolution by neutral drift; however, older microRNAs have a much lower rate of change (often less than one substitution per hundred million years),^[112] suggesting that once a microRNA gains a function, it undergoes purifying selection.^[118] Individual regions within an miRNA gene face different evolutionary pressures, where regions that are vital for processing and function have higher levels of conservation.^[120] At this point, a microRNA is rarely lost from an animal’s genome,^[112] although newer microRNAs (thus presumably non-functional) are frequently lost.^[118] In Arabidopsis thaliana, the net flux of miRNA genes has been predicted to be between 1.2 and 3.3 genes per million years.^[121] This makes them a valuable phylogenetic marker, and they are being looked upon as a possible solution to outstanding phylogenetic problems such as the relationships of arthropods.^[122] On the other hand, in multiple cases microRNAs correlate poorly with phylogeny, and it is possible that their phylogenetic concordance largely reflects a limited sampling of microRNAs.^[123]

microRNAs feature in the genomes of most eukaryotic organisms, from the brown algae^[124] to the animals. However, the difference in how these microRNAs function and the way they are processed suggests that microRNAs arose independently in plants and animals.^[125]

Focusing on the animals, the genome of Mnemiopsis leidyi^[126] appears to lack recognizable microRNAs, as well as the nuclear proteins Drosha and Pasha, which are critical to canonical microRNA biogenesis. It is the only animal thus far reported to be missing Drosha. MicroRNAs play a vital role in the regulation of gene expression in all non-ctenophore animals investigated thus far except for Trichoplax adhaerens, the only known member of the phylum Placozoa.^[127]

Across all species, in excess of 5000 different miRNAs had been identified by March 2010.^[128] Whilst short RNA sequences (50 – hundreds of base pairs) of a broadly comparable function occur in bacteria, bacteria lack true microRNAs.^[129]

Experimental detection and manipulation[edit]

While researchers focused on miRNA expression in physiological and pathological processes, various technical variables related to microRNA isolation emerged. The stability of stored miRNA samples has been questioned.^[74] microRNAs degrade much more easily than mRNAs, partly due to their length, but also because of ubiquitously present RNases. This makes it necessary to cool samples on ice and use RNase-free equipment.^[130]

microRNA expression can be quantified in a two-step polymerase chain reaction process of modified RT-PCR followed by quantitative PCR. Variations of this method achieve absolute or relative quantification.^[131] miRNAs can also be hybridized to microarrays, slides or chips with probes to hundreds or thousands of miRNA targets, so that relative levels of miRNAs can be determined in different samples.^[132] microRNAs can be both discovered and profiled by high-throughput sequencing methods (microRNA sequencing).^[133] The activity of an miRNA can be experimentally inhibited using a locked nucleic acid (LNA) oligo, a Morpholino oligo^[134][135] or a 2′-O-methyl RNA oligo.^[136] A specific miRNA can be silenced by a complementary antagomir. microRNA maturation can be inhibited at several points by steric-blocking oligos.^[137][138] The miRNA target site of an mRNA transcript can also be blocked by a steric-blocking oligo.^[139] For the «in situ» detection of miRNA, LNA^[140] or Morpholino^[141] probes can be used. The locked conformation of LNA results in enhanced hybridization properties and increases sensitivity and selectivity, making it ideal for detection of short miRNA.^[142]

High-throughput quantification of miRNAs is error prone, for the larger variance (compared to mRNAs) that comes with methodological problems. mRNA-expression is therefore often analyzed to check for miRNA-effects in their levels (e.g. in^[143]). Databases can be used to pair mRNA- and miRNA-data that predict miRNA-targets based on their base sequence.^[144][145] While this is usually done after miRNAs of interest have been detected (e. g. because of high expression levels), ideas for analysis tools that integrate mRNA- and miRNA-expression information have been proposed.^[146][147]

Disease[edit]

Just as miRNA is involved in the normal functioning of eukaryotic cells, so has dysregulation of miRNA been associated with disease. A manually curated, publicly available database, miR2Disease, documents known relationships between miRNA dysregulation and human disease.^[148]

Inherited diseases[edit]

A mutation in the seed region of miR-96 causes hereditary progressive hearing loss.^[149]

A mutation in the seed region of miR-184 causes hereditary keratoconus with anterior polar cataract.^[150]

Deletion of the miR-17~92 cluster causes skeletal and growth defects.^[151]

Cancer[edit]

The first human disease known to be associated with miRNA deregulation was chronic lymphocytic leukemia.^[152] Many other miRNAs also have links with cancer and accordingly are sometimes referred to as «oncomirs».^[153] In malignant B cells miRNAs participate in pathways fundamental to B cell development like B-cell receptor (BCR) signalling, B-cell migration/adhesion, cell-cell interactions in immune niches and the production and class-switching of immunoglobulins. MiRNAs influence B cell maturation, generation of pre-, marginal zone, follicular, B1, plasma and memory B cells.^[154]

Another role for miRNA in cancers is to use their expression level for prognosis. In NSCLC samples, low miR-324a levels may serve as an indicator of poor survival.^[155] Either high miR-185 or low miR-133b levels may correlate with metastasis and poor survival in colorectal cancer.^[156]

Furthermore, specific miRNAs may be associated with certain histological subtypes of colorectal cancer. For instance, expression levels of miR-205 and miR-373 have been shown to be increased in mucinous colorectal cancers and mucin-producing Ulcerative Colitis-associated colon cancers, but not in sporadic colonic adenocarcinoma that lack mucinous components.^[157] In-vitro studies suggested that miR-205 and miR-373 may functionally induce different features of mucinous-associated neoplastic progression in intestinal epithelial cells.^[157]

Hepatocellular carcinoma cell proliferation may arise from miR-21 interaction with MAP2K3, a tumor repressor gene.^[158] Optimal treatment for cancer involves accurately identifying patients for risk-stratified therapy. Those with a rapid response to initial treatment may benefit from truncated treatment regimens, showing the value of accurate disease response measures. Cell-free circulating miRNAs (cimiRNAs) are highly stable in blood, are overexpressed in cancer and are quantifiable within the diagnostic laboratory. In classical Hodgkin lymphoma, plasma miR-21, miR-494, and miR-1973 are promising disease response biomarkers.^[159] Circulating miRNAs have the potential to assist clinical decision making and aid interpretation of positron emission tomography combined with computerized tomography. They can be performed at each consultation to assess disease response and detect relapse.

MicroRNAs have the potential to be used as tools or targets for treatment of different cancers.^[160] The specific microRNA, miR-506 has been found to work as a tumor antagonist in several studies. A significant number of cervical cancer samples were found to have downregulated expression of miR-506. Additionally, miR-506 works to promote apoptosis of cervical cancer cells, through its direct target hedgehog pathway transcription factor, Gli3.^[161][162]

DNA repair and cancer[edit]

Many miRNAs can directly target and inhibit cell cycle genes to control cell proliferation. A new strategy for tumor treatment is to inhibit tumor cell proliferation by repairing the defective miRNA pathway in tumors.^[163]
Cancer is caused by the accumulation of mutations from either DNA damage or uncorrected errors in DNA replication.^[164] Defects in DNA repair cause the accumulation of mutations, which can lead to cancer.^[165] Several genes involved in DNA repair are regulated by microRNAs.^[166]

Germ line mutations in DNA repair genes cause only 2–5% of colon cancer cases.^[167] However, altered expression of microRNAs, causing DNA repair deficiencies, are frequently associated with cancers and may be an important causal factor. Among 68 sporadic colon cancers with reduced expression of the DNA mismatch repair protein MLH1, most were found to be deficient due to epigenetic methylation of the CpG island of the MLH1 gene.^[168] However, up to 15% of MLH1-deficiencies in sporadic colon cancers appeared to be due to over-expression of the microRNA miR-155, which represses MLH1 expression.^[169]

In 29–66%^[170][171] of glioblastomas, DNA repair is deficient due to epigenetic methylation of the MGMT gene, which reduces protein expression of MGMT. However, for 28% of glioblastomas, the MGMT protein is deficient, but the MGMT promoter is not methylated.^[170] In glioblastomas without methylated MGMT promoters, the level of microRNA miR-181d is inversely correlated with protein expression of MGMT and the direct target of miR-181d is the MGMT mRNA 3’UTR (the three prime untranslated region of MGMT mRNA).^[170] Thus, in 28% of glioblastomas, increased expression of miR-181d and reduced expression of DNA repair enzyme MGMT may be a causal factor.

HMGA proteins (HMGA1a, HMGA1b and HMGA2) are implicated in cancer, and expression of these proteins is regulated by microRNAs. HMGA expression is almost undetectable in differentiated adult tissues, but is elevated in many cancers. HMGA proteins are polypeptides of ~100 amino acid residues characterized by a modular sequence organization. These proteins have three highly positively charged regions, termed AT hooks, that bind the minor groove of AT-rich DNA stretches in specific regions of DNA. Human neoplasias, including thyroid, prostatic, cervical, colorectal, pancreatic and ovarian carcinomas, show a strong increase of HMGA1a and HMGA1b proteins.^[172] Transgenic mice with HMGA1 targeted to lymphoid cells develop aggressive lymphoma, showing that high HMGA1 expression is associated with cancers and that HMGA1 can act as an oncogene.^[173] HMGA2 protein specifically targets the promoter of ERCC1, thus reducing expression of this DNA repair gene.^[174] ERCC1 protein expression was deficient in 100% of 47 evaluated colon cancers (though the extent to which HGMA2 was involved is not known).^[175]

Single Nucleotide polymorphisms (SNPs) can alter the binding of miRNAs on 3’UTRs for example the case of hsa-mir181a and hsa-mir181b on the CDON tumor suppressor gene.^[176]

Heart disease[edit]

The global role of miRNA function in the heart has been addressed by conditionally inhibiting miRNA maturation in the murine heart. This revealed that miRNAs play an essential role during its development.^[177][178] miRNA expression profiling studies demonstrate that expression levels of specific miRNAs change in diseased human hearts, pointing to their involvement in cardiomyopathies.^{[179][180][181]} Furthermore, animal studies on specific miRNAs identified distinct roles for miRNAs both during heart development and under pathological conditions, including the regulation of key factors important for cardiogenesis, the hypertrophic growth response and cardiac conductance.^{[178][182][183][184][185][186]} Another role for miRNA in cardiovascular diseases is to use their expression levels for diagnosis, prognosis or risk stratification.^[187] miRNA’s in animal models have also been linked to cholesterol metabolism and regulation.

miRNA-712[edit]

Murine microRNA-712 is a potential biomarker (i.e. predictor) for atherosclerosis, a cardiovascular disease of the arterial wall associated with lipid retention and inflammation.^[188] Non-laminar blood flow also correlates with development of atherosclerosis as mechanosenors of endothelial cells respond to the shear force of disturbed flow (d-flow).^[189] A number of pro-atherogenic genes including matrix metalloproteinases (MMPs) are upregulated by d-flow,^[189] mediating pro-inflammatory and pro-angiogenic signals. These findings were observed in ligated carotid arteries of mice to mimic the effects of d-flow. Within 24 hours, pre-existing immature miR-712 formed mature miR-712 suggesting that miR-712 is flow-sensitive.^[189] Coinciding with these results, miR-712 is also upregulated in endothelial cells exposed to naturally occurring d-flow in the greater curvature of the aortic arch.^[189]

Origin[edit]

Pre-mRNA sequence of miR-712 is generated from the murine ribosomal RN45s gene at the internal transcribed spacer region 2 (ITS2).^[189] XRN1 is an exonuclease that degrades the ITS2 region during processing of RN45s.^[189] Reduction of XRN1 under d-flow conditions therefore leads to the accumulation of miR-712.^[189]

Mechanism[edit]

MiR-712 targets tissue inhibitor of metalloproteinases 3 (TIMP3).^[189] TIMPs normally regulate activity of matrix metalloproteinases (MMPs) which degrade the extracellular matrix (ECM). Arterial ECM is mainly composed of collagen and elastin fibers, providing the structural support and recoil properties of arteries.^[190] These fibers play a critical role in regulation of vascular inflammation and permeability, which are important in the development of atherosclerosis.^[191] Expressed by endothelial cells, TIMP3 is the only ECM-bound TIMP.^[190] A decrease in TIMP3 expression results in an increase of ECM degradation in the presence of d-flow. Consistent with these findings, inhibition of pre-miR712 increases expression of TIMP3 in cells, even when exposed to turbulent flow.^[189]

TIMP3 also decreases the expression of TNFα (a pro-inflammatory regulator) during turbulent flow.^[189]  Activity of TNFα in turbulent flow was measured by the expression of TNFα-converting enzyme (TACE) in blood. TNFα decreased if miR-712 was inhibited or TIMP3 overexpressed,^[189] suggesting that miR-712 and TIMP3 regulate TACE activity in turbulent flow conditions.

Anti-miR-712 effectively suppresses d-flow-induced miR-712 expression and increases TIMP3 expression.^[189] Anti-miR-712 also inhibits vascular hyperpermeability, thereby significantly reducing atherosclerosis lesion development and immune cell infiltration.^[189]

Human homolog microRNA-205[edit]

The human homolog of miR-712 was found on the RN45s homolog gene, which maintains similar miRNAs to mice.^[189] MiR-205 of humans share similar sequences with miR-712 of mice and is conserved across most vertebrates.^[189] MiR-205 and miR-712 also share more than 50% of the cell signaling targets, including TIMP3.^[189]

When tested, d-flow decreased the expression of XRN1 in humans as it did in mice endothelial cells, indicating a potentially common role of XRN1 in humans.^[189]

Kidney disease[edit]

Targeted deletion of Dicer in the FoxD1-derived renal progenitor cells in a murine model resulted in a complex renal phenotype including expansion of nephron progenitors, fewer renin cells, smooth muscle arterioles, progressive mesangial loss and glomerular aneurysms.^[192] High throughput whole transcriptome profiling of the FoxD1-Dicer knockout mouse model revealed ectopic upregulation of pro-apoptotic gene, Bcl2L11 (Bim) and dysregulation of the p53 pathway with increase in p53 effector genes including Bax, Trp53inp1, Jun, Cdkn1a, Mmp2, and Arid3a. p53 protein levels remained unchanged, suggesting that FoxD1 stromal miRNAs directly repress p53-effector genes. Using a lineage tracing approach followed by Fluorescent-activated cell sorting, miRNA profiling of the FoxD1-derived cells not only comprehensively defined the transcriptional landscape of miRNAs that are critical for vascular development, but also identified key miRNAs that are likely to modulate the renal phenotype in its absence. These miRNAs include miRs‐10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370, and 381 that regulate Bcl2L11 (Bim) and miRs‐15b, 18a, 21, 30c, 92a, 106a, 125b‐5p, 145, 214, 222, 296‐5p and 302a that regulate p53-effector genes. Consistent with the profiling results, ectopic apoptosis was observed in the cellular derivatives of the FoxD1 derived progenitor lineage and reiterates the importance of renal stromal miRNAs in cellular homeostasis.^[192]

Nervous system[edit]

miRNAs appear to regulate the development and function of the nervous system.^[193] Neural miRNAs are involved at various stages of synaptic development, including dendritogenesis (involving miR-132, miR-134 and miR-124), synapse formation^[194] and synapse maturation (where miR-134 and miR-138 are thought to be involved).^[195] Elimination of miRNA formation in mice by experimental silencing of Dicer has led to pathological outcomes, such as reduced neuronal size and motor abnormalities when silenced in striatal neurons^[196] and neurodegeneration when silenced in forebrain neurons.^[197] Some studies find altered miRNA expression in Alzheimer’s disease,^[198] as well as schizophrenia, bipolar disorder, major depression and anxiety disorders.^{[199][200][201]}

Stroke[edit]

According to the Center for Disease Control and Prevention, Stroke is one of the leading causes of death and long-term disability in America. 87% of the cases are ischemic strokes, which results from blockage in the artery of the brain that carries oxygen-rich blood. The obstruction of the blood flow means the brain cannot receive necessary nutrients, such as oxygen and glucose, and remove wastes, such as carbon dioxide.^[202][203] miRNAs plays a role in posttranslational gene silencing by targeting genes in the pathogenesis of cerebral ischemia, such as the inflammatory, angiogenesis, and apoptotic pathway.^[204] 

Alcoholism[edit]

The vital role of miRNAs in gene expression is significant to addiction, specifically alcoholism.^[205] Chronic alcohol abuse results in persistent changes in brain function mediated in part by alterations in gene expression.^[205] miRNA global regulation of many downstream genes deems significant regarding the reorganization or synaptic connections or long term neural adaptations involving the behavioral change from alcohol consumption to withdrawal and/or dependence.^[206] Up to 35 different miRNAs have been found to be altered in the alcoholic post-mortem brain, all of which target genes that include the regulation of the cell cycle, apoptosis, cell adhesion, nervous system development and cell signaling.^[205] Altered miRNA levels were found in the medial prefrontal cortex of alcohol-dependent mice, suggesting the role of miRNA in orchestrating translational imbalances and the creation of differentially expressed proteins within an area of the brain where complex cognitive behavior and decision making likely originate.^[207]

miRNAs can be either upregulated or downregulated in response to chronic alcohol use. miR-206 expression increased in the prefrontal cortex of alcohol-dependent rats, targeting the transcription factor brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and ultimately reducing its expression. BDNF plays a critical role in the formation and maturation of new neurons and synapses, suggesting a possible implication in synapse growth/synaptic plasticity in alcohol abusers.^[208] miR-155, important in regulating alcohol-induced neuroinflammation responses, was found to be upregulated, suggesting the role of microglia and inflammatory cytokines in alcohol pathophysiology.^[209] Downregulation of miR-382 was found in the nucleus accumbens, a structure in the basal forebrain significant in regulating feelings of reward that power motivational habits. miR-382 is the target for the dopamine receptor D1 (DRD1), and its overexpression results in the upregulation of DRD1 and delta fosB, a transcription factor that activates a series of transcription events in the nucleus accumbens that ultimately result in addictive behaviors.^[210] Alternatively, overexpressing miR-382 resulted in attenuated drinking and the inhibition of DRD1 and delta fosB upregulation in rat models of alcoholism, demonstrating the possibility of using miRNA-targeted pharmaceuticals in treatments.^[210]

Obesity[edit]

miRNAs play crucial roles in the regulation of stem cell progenitors differentiating into adipocytes.^[211] Studies to determine what role pluripotent stem cells play in adipogenesis, were examined in the immortalized human bone marrow-derived stromal cell line hMSC-Tert20.^[212] Decreased expression of miR-155, miR-221, and miR-222, have been found during the adipogenic programming of both immortalized and primary hMSCs, suggesting that they act as negative regulators of differentiation. Conversely, ectopic expression of the miRNAs 155, 221, and 222 significantly inhibited adipogenesis and repressed induction of the master regulators PPARγ and CCAAT/enhancer-binding protein alpha (CEBPA).^[213] This paves the way for possible genetic obesity treatments.

Another class of miRNAs that regulate insulin resistance, obesity, and diabetes, is the let-7 family. Let-7 accumulates in human tissues during the course of aging.^[214] When let-7 was ectopically overexpressed to mimic accelerated aging, mice became insulin-resistant, and thus more prone to high fat diet-induced obesity and diabetes.^[215] In contrast when let-7 was inhibited by injections of let-7-specific antagomirs, mice become more insulin-sensitive and remarkably resistant to high fat diet-induced obesity and diabetes. Not only could let-7 inhibition prevent obesity and diabetes, it could also reverse and cure the condition.^[216] These experimental findings suggest that let-7 inhibition could represent a new therapy for obesity and type 2 diabetes.

Hemostasis[edit]

miRNAs also play crucial roles in the regulation of complex enzymatic cascades including the hemostatic blood coagulation system.^[217] Large scale studies of functional miRNA targeting have recently uncovered rationale therapeutic targets in the hemostatic system.^[218][219] They have been directly linked to Calcium homeostasis in the endoplasmic reticulum, which is critical in cell differentiation in early development.^[220]

Plants[edit]

miRNAs are considered to be key regulators of many developmental, homeostatic, and immune processes in plants.^[221] Their roles in plant development include shoot apical meristem development, leaf growth, flower formation, seed production, or root expansion.^{[222][223][224][225]} In addition, they play a complex role in responses to various abiotic stresses comprising heat stress, low-temperature stress, drought stress, light stress, or gamma radiation exposure.^[221]

Viruses[edit]

Viral microRNAs play an important role in the regulation of gene expression of viral and/or host genes to benefit the virus. Hence, miRNAs play a key role in host–virus interactions and pathogenesis of viral diseases.^[226][227] The expression of transcription activators by human herpesvirus-6 DNA is believed to be regulated by viral miRNA.^[228]

Target prediction[edit]

miRNAs can bind to target messenger RNA (mRNA) transcripts of protein-coding genes and negatively control their translation or cause mRNA degradation. It is of key importance to identify the miRNA targets accurately.^[229] A comparison of the predictive performance of eighteen in silico algorithms is available.^[230] Large scale studies of functional miRNA targeting suggest that many functional miRNAs can be missed by target prediction algorithms.^[218]

See also[edit]

• Anti-miRNA oligonucleotides
• Gene expression
• List of miRNA gene prediction tools
• List of miRNA target prediction tools
• MicroDNA
• MiRNEST
• MIR222
• miR-324-5p
• RNA interference
• Small interfering RNA
• Small nucleolar RNA-derived microRNA
• C19MC miRNA cluster

References[edit]

Further reading[edit]

External links[edit]

• The miRBase database
• miRTarBase, the experimentally validated microRNA-target interactions database.
• semirna, Web application to search for microRNAs in a plant genome.
• ONCO.IO: Integrative resource for microRNA and transcription factors analysis in cancer.
• MirOB: MicroRNA targets database and data analysis and dataviz tool.
• ChIPBase database: An open access database for decoding the transcription factors that were involved in or affected the transcription of microRNAs from ChIP-seq data.
• An animated video of the microRNA biogenesis process.
• miRNA modulation reagents to enable up-regulation or suppression of endogenous mature microRNA function

MicroRNA (miRNA) are small, single-stranded, non-coding RNA molecules containing 21 to 23 nucleotides.^[1] Found in plants, animals and some viruses, miRNAs are involved in RNA silencing and post-transcriptional regulation of gene expression.^[2][3] miRNAs base-pair to complementary sequences in mRNA molecules,^[4] then gene silence said mRNA molecules by one or more of the following processes: (1) cleavage of mRNA strand into two pieces, (2) destabilization of mRNA by shortening its poly(A) tail, or (3) translation of mRNA into proteins. This last method of gene silencing is the least efficient of the three, and requires the aid of ribosomes.^[4][5]

miRNAs resemble the small interfering RNAs (siRNAs) of the RNA interference (RNAi) pathway, except miRNAs derive from regions of RNA transcripts that fold back on themselves to form short hairpins, whereas siRNAs derive from longer regions of double-stranded RNA.^[6] The human genome may encode over 1900 miRNAs,^[7] although more recent analysis suggests that the number is closer to 2,300.^[8] However, only about 500 human microRNAs represent bona fide miRNA in the manually curated miRNA gene database MirGeneDB.^[9]

miRNAs are abundant in many mammalian cell types^[10][11] and as extracellular circulating miRNAs.^[12] Circulating miRNAs are released into body fluids including blood and cerebrospinal fluid and have the potential to be available as biomarkers in a number of diseases.^[12][13] MiRNAs appear to target about 60% of the genes of humans and other mammals.^[14][15] Many miRNAs are evolutionarily conserved, which implies that they have important biological functions.^[16][2] For example, 90 families of miRNAs have been conserved since at least the common ancestor of mammals and fish, and most of these conserved miRNAs have important functions, as shown by studies in which genes for one or more members of a family have been knocked out in mice.^[2]

History[edit]

The first miRNA was discovered in the early 1990s.^[17] However, miRNAs were not recognized as a distinct class of biological regulators until the early 2000s.^{[18][19][20][21][22]} miRNA research revealed different sets of miRNAs expressed in different cell types and tissues^[11][23] and multiple roles for miRNAs in plant and animal development and in many other biological processes.^{[24][25][26][27][28][29][30]} Aberrant miRNA expression are implicated in disease states. MiRNA-based therapies are under investigation.^{[31][32][33][34]}

The first miRNA was discovered in 1993 by a group led by Ambros and including Lee and Feinbaum. However, additional insight into its mode of action required simultaneously published work by Ruvkun’s team, including Wightman and Ha.^[17][35] These groups published back-to-back papers on the lin-4 gene, which was known to control the timing of C. elegans larval development by repressing the lin-14 gene. When Lee et al. isolated the lin-4 miRNA, they found that instead of producing an mRNA encoding a protein, it produced short non-coding RNAs, one of which was a ~22-nucleotide RNA that contained sequences partially complementary to multiple sequences in the 3′ UTR of the lin-14 mRNA.^[17] This complementarity was proposed to inhibit the translation of the lin-14 mRNA into the LIN-14 protein. At the time, the lin-4 small RNA was thought to be a nematode idiosyncrasy.

In 2000, a second small RNA was characterized: let-7 RNA, which represses lin-41 to promote a later developmental transition in C. elegans.^[18] The let-7 RNA was found to be conserved in many species, leading to the suggestion that let-7 RNA and additional «small temporal RNAs» might regulate the timing of development in diverse animals, including humans.^[19]

A year later, the lin-4 and let-7 RNAs were found to be part of a large class of small RNAs present in C. elegans, Drosophila and human cells.^[20][21][22] The many RNAs of this class resembled the lin-4 and let-7 RNAs, except their expression patterns were usually inconsistent with a role in regulating the timing of development. This suggested that most might function in other types of regulatory pathways. At this point, researchers started using the term «microRNA» to refer to this class of small regulatory RNAs.^[20][21][22]

The first human disease associated with deregulation of miRNAs was chronic lymphocytic leukemia. In this disorder, the miRNAs have a dual role working as both tumor suppressors and oncogenes.^[36]

Nomenclature[edit]

Under a standard nomenclature system, names are assigned to experimentally confirmed miRNAs before publication.^[37][38] The prefix «miR» is followed by a dash and a number, the latter often indicating order of naming. For example, miR-124 was named and likely discovered prior to miR-456. A capitalized «miR-» refers to the mature form of the miRNA, while the uncapitalized «mir-» refers to the pre-miRNA and the pri-miRNA.^[39] The miRNAs encoding genes are also named using the same three-letter prefix according to the conventions of the organism gene nomenclature. For examples, the official miRNAs gene names in some organisms are «mir-1 in C. elegans and Drosophila, Mir-1 in Rattus norvegicus and MIR-25 in human.

miRNAs with nearly identical sequences except for one or two nucleotides are annotated with an additional lower case letter. For example, miR-124a is closely related to miR-124b. For example:

hsa-miR-181a: aacauucaACgcugucggugAgu

hsa-miR-181b: aacauucaUUgcugucggugGgu

Pre-miRNAs, pri-miRNAs and genes that lead to 100% identical mature miRNAs but that are located at different places in the genome are indicated with an additional dash-number suffix. For example, the pre-miRNAs hsa-mir-194-1 and hsa-mir-194-2 lead to an identical mature miRNA (hsa-miR-194) but are from genes located in different genome regions.

Species of origin is designated with a three-letter prefix, e.g., hsa-miR-124 is a human (Homo sapiens) miRNA and oar-miR-124 is a sheep (Ovis aries) miRNA. Other common prefixes include «v» for viral (miRNA encoded by a viral genome) and «d» for Drosophila miRNA (a fruit fly commonly studied in genetic research).

When two mature microRNAs originate from opposite arms of the same pre-miRNA and are found in roughly similar amounts, they are denoted with a -3p or -5p suffix. (In the past, this distinction was also made with «s» (sense) and «as» (antisense)). However, the mature microRNA found from one arm of the hairpin is usually much more abundant than that found from the other arm,^[6] in which case, an asterisk following the name indicates the mature species found at low levels from the opposite arm of a hairpin. For example, miR-124 and miR-124* share a pre-miRNA hairpin, but much more miR-124 is found in the cell.

Targets[edit]

Plant miRNAs usually have near-perfect pairing with their mRNA targets, which induces gene repression through cleavage of the target transcripts.^[24][40] In contrast, animal miRNAs are able to recognize their target mRNAs by using as few as 6–8 nucleotides (the seed region) at the 5′ end of the miRNA,^[14][41][42] which is not enough pairing to induce cleavage of the target mRNAs.^[4] Combinatorial regulation is a feature of miRNA regulation in animals.^[4][43] A given miRNA may have hundreds of different mRNA targets, and a given target might be regulated by multiple miRNAs.^[15][44]

Estimates of the average number of unique messenger RNAs that are targets for repression by a typical miRNA vary, depending on the estimation method,^[45] but multiple approaches show that mammalian miRNAs can have many unique targets. For example, an analysis of the miRNAs highly conserved in vertebrates shows that each has, on average, roughly 400 conserved targets.^[15] Likewise, experiments show that a single miRNA species can reduce the stability of hundreds of unique messenger RNAs.^[46] Other experiments show that a single miRNA species may repress the production of hundreds of proteins, but that this repression often is relatively mild (much less than 2-fold).^[47][48] The first human disease discovered to be associated with deregulation of miRNAs was chronic lymphocytic leukemia. Other B cell malignancies followed.

Further information on the Poly(A)-binding protein: Paip2b

Biogenesis[edit]

As many as 40% of miRNA genes may lie in the introns or even exons of other genes.^[49] These are usually, though not exclusively, found in a sense orientation,^[50][51] and thus usually are regulated together with their host genes.^[49][52][53]

The DNA template is not the final word on mature miRNA production: 6% of human miRNAs show RNA editing (IsomiRs), the site-specific modification of RNA sequences to yield products different from those encoded by their DNA. This increases the diversity and scope of miRNA action beyond that implicated from the genome alone.

Transcription[edit]

miRNA genes are usually transcribed by RNA polymerase II (Pol II).^[54][55] The polymerase often binds to a promoter found near the DNA sequence, encoding what will become the hairpin loop of the pre-miRNA. The resulting transcript is capped with a specially modified nucleotide at the 5′ end, polyadenylated with multiple adenosines (a poly(A) tail),^[54][50] and spliced. Animal miRNAs are initially transcribed as part of one arm of an ∼80 nucleotide RNA stem-loop that in turn forms part of a several hundred nucleotide-long miRNA precursor termed a pri-miRNA.^[54][50] When a stem-loop precursor is found in the 3′ UTR, a transcript may serve as a pri-miRNA and a mRNA.^[50] RNA polymerase III (Pol III) transcribes some miRNAs, especially those with upstream Alu sequences, transfer RNAs (tRNAs), and mammalian wide interspersed repeat (MWIR) promoter units.^[56]

Nuclear processing[edit]

A single pri-miRNA may contain from one to six miRNA precursors. These hairpin loop structures are composed of about 70 nucleotides each. Each hairpin is flanked by sequences necessary for efficient processing.

The double-stranded RNA (dsRNA) structure of the hairpins in a pri-miRNA is recognized by a nuclear protein known as DiGeorge Syndrome Critical Region 8 (DGCR8 or «Pasha» in invertebrates), named for its association with DiGeorge Syndrome. DGCR8 associates with the enzyme Drosha, a protein that cuts RNA, to form the Microprocessor complex.^[57][58] In this complex, DGCR8 orients the catalytic RNase III domain of Drosha to liberate hairpins from pri-miRNAs by cleaving RNA about eleven nucleotides from the hairpin base (one helical dsRNA turn into the stem).^[59][60] The product resulting has a two-nucleotide overhang at its 3′ end; it has 3′ hydroxyl and 5′ phosphate groups. It is often termed as a pre-miRNA (precursor-miRNA). Sequence motifs downstream of the pre-miRNA that are important for efficient processing have been identified.^[61][62][63]

Pre-miRNAs that are spliced directly out of introns, bypassing the Microprocessor complex, are known as «Mirtrons.» Originally thought to exist only in Drosophila and C. elegans, mirtrons have now been found in mammals.^[64]

As many as 16% of pre-miRNAs may be altered through nuclear RNA editing.^[65][66][67] Most commonly, enzymes known as adenosine deaminases acting on RNA (ADARs) catalyze adenosine to inosine (A to I) transitions. RNA editing can halt nuclear processing (for example, of pri-miR-142, leading to degradation by the ribonuclease Tudor-SN) and alter downstream processes including cytoplasmic miRNA processing and target specificity (e.g., by changing the seed region of miR-376 in the central nervous system).^[65]

Nuclear export[edit]

Pre-miRNA hairpins are exported from the nucleus in a process involving the nucleocytoplasmic shuttler Exportin-5. This protein, a member of the karyopherin family, recognizes a two-nucleotide overhang left by the RNase III enzyme Drosha at the 3′ end of the pre-miRNA hairpin. Exportin-5-mediated transport to the cytoplasm is energy-dependent, using guanosine triphosphate (GTP) bound to the Ran protein.^[68]

Cytoplasmic processing[edit]

In the cytoplasm, the pre-miRNA hairpin is cleaved by the RNase III enzyme Dicer.^[69] This endoribonuclease interacts with 5′ and 3′ ends of the hairpin^[70] and cuts away the loop joining the 3′ and 5′ arms, yielding an imperfect miRNA:miRNA* duplex about 22 nucleotides in length.^[69] Overall hairpin length and loop size influence the efficiency of Dicer processing. The imperfect nature of the miRNA:miRNA* pairing also affects cleavage.^[69][71] Some of the G-rich pre-miRNAs can potentially adopt the G-quadruplex structure as an alternative to the canonical stem-loop structure. For example, human pre-miRNA 92b adopts a G-quadruplex structure which is resistant to the Dicer mediated cleavage in the cytoplasm.^[72] Although either strand of the duplex may potentially act as a functional miRNA, only one strand is usually incorporated into the RNA-induced silencing complex (RISC) where the miRNA and its mRNA target interact.

While the majority of miRNAs are located within the cell, some miRNAs, commonly known as circulating miRNAs or extracellular miRNAs, have also been found in extracellular environment, including various biological fluids and cell culture media.^[73][74]

Biogenesis in plants[edit]

miRNA biogenesis in plants differs from animal biogenesis mainly in the steps of nuclear processing and export. Instead of being cleaved by two different enzymes, once inside and once outside the nucleus, both cleavages of the plant miRNA are performed by a Dicer homolog, called Dicer-like1 (DL1). DL1 is expressed only in the nucleus of plant cells, which indicates that both reactions take place inside the nucleus. Before plant miRNA:miRNA* duplexes are transported out of the nucleus, its 3′ overhangs are methylated by a RNA methyltransferaseprotein called Hua-Enhancer1 (HEN1). The duplex is then transported out of the nucleus to the cytoplasm by a protein called Hasty (HST), an Exportin 5 homolog, where they disassemble and the mature miRNA is incorporated into the RISC.^[75]

RNA-induced silencing complex[edit]

The mature miRNA is part of an active RNA-induced silencing complex (RISC) containing Dicer and many associated proteins.^[76] RISC is also known as a microRNA ribonucleoprotein complex (miRNP);^[77] A RISC with incorporated miRNA is sometimes referred to as a «miRISC.»

Dicer processing of the pre-miRNA is thought to be coupled with unwinding of the duplex. Generally, only one strand is incorporated into the miRISC, selected on the basis of its thermodynamic instability and weaker base-pairing on the 5′ end relative to the other strand.^[78][79][80] The position of the stem-loop may also influence strand choice.^[81] The other strand, called the passenger strand due to its lower levels in the steady state, is denoted with an asterisk (*) and is normally degraded. In some cases, both strands of the duplex are viable and become functional miRNA that target different mRNA populations.^[82]

Members of the Argonaute (Ago) protein family are central to RISC function. Argonautes are needed for miRNA-induced silencing and contain two conserved RNA binding domains: a PAZ domain that can bind the single stranded 3′ end of the mature miRNA and a PIWI domain that structurally resembles ribonuclease-H and functions to interact with the 5′ end of the guide strand. They bind the mature miRNA and orient it for interaction with a target mRNA. Some argonautes, for example human Ago2, cleave target transcripts directly; argonautes may also recruit additional proteins to achieve translational repression.^[83] The human genome encodes eight argonaute proteins divided by sequence similarities into two families: AGO (with four members present in all mammalian cells and called E1F2C/hAgo in humans), and PIWI (found in the germ line and hematopoietic stem cells).^[77][83]

Additional RISC components include TRBP [human immunodeficiency virus (HIV) transactivating response RNA (TAR) binding protein],^[84] PACT (protein activator of the interferon-induced protein kinase), the SMN complex, fragile X mental retardation protein (FMRP), Tudor staphylococcal nuclease-domain-containing protein (Tudor-SN), the putative DNA helicase MOV10, and the RNA recognition motif containing protein TNRC6B.^[68][85][86]

Mode of silencing and regulatory loops[edit]

Gene silencing may occur either via mRNA degradation or preventing mRNA from being translated. For example, miR16 contains a sequence complementary to the AU-rich element found in the 3’UTR of many unstable mRNAs, such as TNF alpha or GM-CSF.^[87] It has been demonstrated that given complete complementarity between the miRNA and target mRNA sequence, Ago2 can cleave the mRNA and lead to direct mRNA degradation. In the absence of complementarity, silencing is achieved by preventing translation.^[46] The relation of miRNA and its target mRNA can be based on the simple negative regulation of a target mRNA, but it seems that a common scenario is the use of a «coherent feed-forward loop», «mutual negative feedback loop» (also termed double negative loop) and «positive feedback/feed-forward loop». Some miRNAs work as buffers of random gene expression changes arising due to stochastic events in transcription, translation and protein stability. Such regulation is typically achieved by the virtue of negative feedback loops or incoherent feed-forward loop uncoupling protein output from mRNA transcription.

Turnover[edit]

Turnover of mature miRNA is needed for rapid changes in miRNA expression profiles. During miRNA maturation in the cytoplasm, uptake by the Argonaute protein is thought to stabilize the guide strand, while the opposite (* or «passenger») strand is preferentially destroyed. In what has been called a «Use it or lose it» strategy, Argonaute may preferentially retain miRNAs with many targets over miRNAs with few or no targets, leading to degradation of the non-targeting molecules.^[88]

Decay of mature miRNAs in Caenorhabditis elegans is mediated by the 5′-to-3′ exoribonuclease XRN2, also known as Rat1p.^[89] In plants, SDN (small RNA degrading nuclease) family members degrade miRNAs in the opposite (3′-to-5′) direction. Similar enzymes are encoded in animal genomes, but their roles have not been described.^[88]

Several miRNA modifications affect miRNA stability. As indicated by work in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress), mature plant miRNAs appear to be stabilized by the addition of methyl moieties at the 3′ end. The 2′-O-conjugated methyl groups block the addition of uracil (U) residues by uridyltransferase enzymes, a modification that may be associated with miRNA degradation. However, uridylation may also protect some miRNAs; the consequences of this modification are incompletely understood. Uridylation of some animal miRNAs has been reported. Both plant and animal miRNAs may be altered by addition of adenine (A) residues to the 3′ end of the miRNA. An extra A added to the end of mammalian miR-122, a liver-enriched miRNA important in hepatitis C, stabilizes the molecule and plant miRNAs ending with an adenine residue have slower decay rates.^[88]

Cellular functions[edit]

The function of miRNAs appears to be in gene regulation. For that purpose, a miRNA is complementary to a part of one or more messenger RNAs (mRNAs). Animal miRNAs are usually complementary to a site in the 3′ UTR whereas plant miRNAs are usually complementary to coding regions of mRNAs.^[91] Perfect or near perfect base pairing with the target RNA promotes cleavage of the RNA.^[92] This is the primary mode of plant miRNAs.^[93] In animals the match-ups are imperfect.

For partially complementary microRNAs to recognise their targets, nucleotides 2–7 of the miRNA (its ‘seed region’^[14][41]) must be perfectly complementary.^[94] Animal miRNAs inhibit protein translation of the target mRNA^[95] (this is present but less common in plants).^[93] Partially complementary microRNAs can also speed up deadenylation, causing mRNAs to be degraded sooner.^[96] While degradation of miRNA-targeted mRNA is well documented, whether or not translational repression is accomplished through mRNA degradation, translational inhibition, or a combination of the two is hotly debated. Recent work on miR-430 in zebrafish, as well as on bantam-miRNA and miR-9 in Drosophila cultured cells, shows that translational repression is caused by the disruption of translation initiation, independent of mRNA deadenylation.^[97][98]

miRNAs occasionally also cause histone modification and DNA methylation of promoter sites, which affects the expression of target genes.^[99][100]

Nine mechanisms of miRNA action are described and assembled in a unified mathematical model:^[90]

• Cap-40S initiation inhibition;
• 60S Ribosomal unit joining inhibition;
• Elongation inhibition;
• Ribosome drop-off (premature termination);
• Co-translational nascent protein degradation;
• Sequestration in P-bodies;
• mRNA decay (destabilisation);
• mRNA cleavage;
• Transcriptional inhibition through microRNA-mediated chromatin reorganization followed by gene silencing.

It is often impossible to discern these mechanisms using experimental data about stationary reaction rates. Nevertheless, they are differentiated in dynamics and have different kinetic signatures.^[90]

Unlike plant microRNAs, the animal microRNAs target diverse genes.^[41] However, genes involved in functions common to all cells, such as gene expression, have relatively fewer microRNA target sites and seem to be under selection to avoid targeting by microRNAs.^[101] There is a strong correlation between ITPR gene regulations and mir-92 and mir-19.^[102]

dsRNA can also activate gene expression, a mechanism that has been termed «small RNA-induced gene activation» or RNAa. dsRNAs targeting gene promoters can induce potent transcriptional activation of associated genes. This was demonstrated in human cells using synthetic dsRNAs termed small activating RNAs (saRNAs),^[103] but has also been demonstrated for endogenous microRNA.^[104]

Interactions between microRNAs and complementary sequences on genes and even pseudogenes that share sequence homology are thought to be a back channel of communication regulating expression levels between paralogous genes (genes having a similar structure indicating divergence from a common ancestral gene). Given the name «competing endogenous RNAs» (ceRNAs), these microRNAs bind to «microRNA response elements» on genes and pseudogenes and may provide another explanation for the persistence of non-coding DNA.^[105]

Some researches show that mRNA cargo of exosomes may have a role in implantation, they can savage an adhesion between trophoblast and endometrium or support the adhesion by down regulating or up regulating expression of genes involved in adhesion/invasion.^[106]

Moreover, miRNA as miR-183/96/182 seems to play a key role in circadian rhythm.^[107]

Evolution[edit]

miRNAs are well conserved in both plants and animals, and are thought to be a vital and evolutionarily ancient component of gene regulation.^{[108][109][110][111][112]} While core components of the microRNA pathway are conserved between plants and animals, miRNA repertoires in the two kingdoms appear to have emerged independently with different primary modes of action.^[113][114]

microRNAs are useful phylogenetic markers because of their apparently low rate of evolution.^[115] microRNAs’ origin as a regulatory mechanism developed from previous RNAi machinery that was initially used as a defense against exogenous genetic material such as viruses.^[116] Their origin may have permitted the development of morphological innovation, and by making gene expression more specific and ‘fine-tunable’, permitted the genesis of complex organs^[117] and perhaps, ultimately, complex life.^[112] Rapid bursts of morphological innovation are generally associated with a high rate of microRNA accumulation.^[115][117]

New microRNAs are created in multiple ways. Novel microRNAs can originate from the random formation of hairpins in «non-coding» sections of DNA (i.e. introns or intergene regions), but also by the duplication and modification of existing microRNAs.^[118] microRNAs can also form from inverted duplications of protein-coding sequences, which allows for the creation of a foldback hairpin structure.^[119] The rate of evolution (i.e. nucleotide substitution) in recently originated microRNAs is comparable to that elsewhere in the non-coding DNA, implying evolution by neutral drift; however, older microRNAs have a much lower rate of change (often less than one substitution per hundred million years),^[112] suggesting that once a microRNA gains a function, it undergoes purifying selection.^[118] Individual regions within an miRNA gene face different evolutionary pressures, where regions that are vital for processing and function have higher levels of conservation.^[120] At this point, a microRNA is rarely lost from an animal’s genome,^[112] although newer microRNAs (thus presumably non-functional) are frequently lost.^[118] In Arabidopsis thaliana, the net flux of miRNA genes has been predicted to be between 1.2 and 3.3 genes per million years.^[121] This makes them a valuable phylogenetic marker, and they are being looked upon as a possible solution to outstanding phylogenetic problems such as the relationships of arthropods.^[122] On the other hand, in multiple cases microRNAs correlate poorly with phylogeny, and it is possible that their phylogenetic concordance largely reflects a limited sampling of microRNAs.^[123]

microRNAs feature in the genomes of most eukaryotic organisms, from the brown algae^[124] to the animals. However, the difference in how these microRNAs function and the way they are processed suggests that microRNAs arose independently in plants and animals.^[125]

Focusing on the animals, the genome of Mnemiopsis leidyi^[126] appears to lack recognizable microRNAs, as well as the nuclear proteins Drosha and Pasha, which are critical to canonical microRNA biogenesis. It is the only animal thus far reported to be missing Drosha. MicroRNAs play a vital role in the regulation of gene expression in all non-ctenophore animals investigated thus far except for Trichoplax adhaerens, the only known member of the phylum Placozoa.^[127]

Across all species, in excess of 5000 different miRNAs had been identified by March 2010.^[128] Whilst short RNA sequences (50 – hundreds of base pairs) of a broadly comparable function occur in bacteria, bacteria lack true microRNAs.^[129]

Experimental detection and manipulation[edit]

While researchers focused on miRNA expression in physiological and pathological processes, various technical variables related to microRNA isolation emerged. The stability of stored miRNA samples has been questioned.^[74] microRNAs degrade much more easily than mRNAs, partly due to their length, but also because of ubiquitously present RNases. This makes it necessary to cool samples on ice and use RNase-free equipment.^[130]

microRNA expression can be quantified in a two-step polymerase chain reaction process of modified RT-PCR followed by quantitative PCR. Variations of this method achieve absolute or relative quantification.^[131] miRNAs can also be hybridized to microarrays, slides or chips with probes to hundreds or thousands of miRNA targets, so that relative levels of miRNAs can be determined in different samples.^[132] microRNAs can be both discovered and profiled by high-throughput sequencing methods (microRNA sequencing).^[133] The activity of an miRNA can be experimentally inhibited using a locked nucleic acid (LNA) oligo, a Morpholino oligo^[134][135] or a 2′-O-methyl RNA oligo.^[136] A specific miRNA can be silenced by a complementary antagomir. microRNA maturation can be inhibited at several points by steric-blocking oligos.^[137][138] The miRNA target site of an mRNA transcript can also be blocked by a steric-blocking oligo.^[139] For the «in situ» detection of miRNA, LNA^[140] or Morpholino^[141] probes can be used. The locked conformation of LNA results in enhanced hybridization properties and increases sensitivity and selectivity, making it ideal for detection of short miRNA.^[142]

High-throughput quantification of miRNAs is error prone, for the larger variance (compared to mRNAs) that comes with methodological problems. mRNA-expression is therefore often analyzed to check for miRNA-effects in their levels (e.g. in^[143]). Databases can be used to pair mRNA- and miRNA-data that predict miRNA-targets based on their base sequence.^[144][145] While this is usually done after miRNAs of interest have been detected (e. g. because of high expression levels), ideas for analysis tools that integrate mRNA- and miRNA-expression information have been proposed.^[146][147]

Disease[edit]

Just as miRNA is involved in the normal functioning of eukaryotic cells, so has dysregulation of miRNA been associated with disease. A manually curated, publicly available database, miR2Disease, documents known relationships between miRNA dysregulation and human disease.^[148]

Inherited diseases[edit]

A mutation in the seed region of miR-96 causes hereditary progressive hearing loss.^[149]

A mutation in the seed region of miR-184 causes hereditary keratoconus with anterior polar cataract.^[150]

Deletion of the miR-17~92 cluster causes skeletal and growth defects.^[151]

Cancer[edit]

The first human disease known to be associated with miRNA deregulation was chronic lymphocytic leukemia.^[152] Many other miRNAs also have links with cancer and accordingly are sometimes referred to as «oncomirs».^[153] In malignant B cells miRNAs participate in pathways fundamental to B cell development like B-cell receptor (BCR) signalling, B-cell migration/adhesion, cell-cell interactions in immune niches and the production and class-switching of immunoglobulins. MiRNAs influence B cell maturation, generation of pre-, marginal zone, follicular, B1, plasma and memory B cells.^[154]

Another role for miRNA in cancers is to use their expression level for prognosis. In NSCLC samples, low miR-324a levels may serve as an indicator of poor survival.^[155] Either high miR-185 or low miR-133b levels may correlate with metastasis and poor survival in colorectal cancer.^[156]

Furthermore, specific miRNAs may be associated with certain histological subtypes of colorectal cancer. For instance, expression levels of miR-205 and miR-373 have been shown to be increased in mucinous colorectal cancers and mucin-producing Ulcerative Colitis-associated colon cancers, but not in sporadic colonic adenocarcinoma that lack mucinous components.^[157] In-vitro studies suggested that miR-205 and miR-373 may functionally induce different features of mucinous-associated neoplastic progression in intestinal epithelial cells.^[157]

Hepatocellular carcinoma cell proliferation may arise from miR-21 interaction with MAP2K3, a tumor repressor gene.^[158] Optimal treatment for cancer involves accurately identifying patients for risk-stratified therapy. Those with a rapid response to initial treatment may benefit from truncated treatment regimens, showing the value of accurate disease response measures. Cell-free circulating miRNAs (cimiRNAs) are highly stable in blood, are overexpressed in cancer and are quantifiable within the diagnostic laboratory. In classical Hodgkin lymphoma, plasma miR-21, miR-494, and miR-1973 are promising disease response biomarkers.^[159] Circulating miRNAs have the potential to assist clinical decision making and aid interpretation of positron emission tomography combined with computerized tomography. They can be performed at each consultation to assess disease response and detect relapse.

MicroRNAs have the potential to be used as tools or targets for treatment of different cancers.^[160] The specific microRNA, miR-506 has been found to work as a tumor antagonist in several studies. A significant number of cervical cancer samples were found to have downregulated expression of miR-506. Additionally, miR-506 works to promote apoptosis of cervical cancer cells, through its direct target hedgehog pathway transcription factor, Gli3.^[161][162]

DNA repair and cancer[edit]

Many miRNAs can directly target and inhibit cell cycle genes to control cell proliferation. A new strategy for tumor treatment is to inhibit tumor cell proliferation by repairing the defective miRNA pathway in tumors.^[163]
Cancer is caused by the accumulation of mutations from either DNA damage or uncorrected errors in DNA replication.^[164] Defects in DNA repair cause the accumulation of mutations, which can lead to cancer.^[165] Several genes involved in DNA repair are regulated by microRNAs.^[166]

Germ line mutations in DNA repair genes cause only 2–5% of colon cancer cases.^[167] However, altered expression of microRNAs, causing DNA repair deficiencies, are frequently associated with cancers and may be an important causal factor. Among 68 sporadic colon cancers with reduced expression of the DNA mismatch repair protein MLH1, most were found to be deficient due to epigenetic methylation of the CpG island of the MLH1 gene.^[168] However, up to 15% of MLH1-deficiencies in sporadic colon cancers appeared to be due to over-expression of the microRNA miR-155, which represses MLH1 expression.^[169]

In 29–66%^[170][171] of glioblastomas, DNA repair is deficient due to epigenetic methylation of the MGMT gene, which reduces protein expression of MGMT. However, for 28% of glioblastomas, the MGMT protein is deficient, but the MGMT promoter is not methylated.^[170] In glioblastomas without methylated MGMT promoters, the level of microRNA miR-181d is inversely correlated with protein expression of MGMT and the direct target of miR-181d is the MGMT mRNA 3’UTR (the three prime untranslated region of MGMT mRNA).^[170] Thus, in 28% of glioblastomas, increased expression of miR-181d and reduced expression of DNA repair enzyme MGMT may be a causal factor.

HMGA proteins (HMGA1a, HMGA1b and HMGA2) are implicated in cancer, and expression of these proteins is regulated by microRNAs. HMGA expression is almost undetectable in differentiated adult tissues, but is elevated in many cancers. HMGA proteins are polypeptides of ~100 amino acid residues characterized by a modular sequence organization. These proteins have three highly positively charged regions, termed AT hooks, that bind the minor groove of AT-rich DNA stretches in specific regions of DNA. Human neoplasias, including thyroid, prostatic, cervical, colorectal, pancreatic and ovarian carcinomas, show a strong increase of HMGA1a and HMGA1b proteins.^[172] Transgenic mice with HMGA1 targeted to lymphoid cells develop aggressive lymphoma, showing that high HMGA1 expression is associated with cancers and that HMGA1 can act as an oncogene.^[173] HMGA2 protein specifically targets the promoter of ERCC1, thus reducing expression of this DNA repair gene.^[174] ERCC1 protein expression was deficient in 100% of 47 evaluated colon cancers (though the extent to which HGMA2 was involved is not known).^[175]

Single Nucleotide polymorphisms (SNPs) can alter the binding of miRNAs on 3’UTRs for example the case of hsa-mir181a and hsa-mir181b on the CDON tumor suppressor gene.^[176]

Heart disease[edit]

The global role of miRNA function in the heart has been addressed by conditionally inhibiting miRNA maturation in the murine heart. This revealed that miRNAs play an essential role during its development.^[177][178] miRNA expression profiling studies demonstrate that expression levels of specific miRNAs change in diseased human hearts, pointing to their involvement in cardiomyopathies.^{[179][180][181]} Furthermore, animal studies on specific miRNAs identified distinct roles for miRNAs both during heart development and under pathological conditions, including the regulation of key factors important for cardiogenesis, the hypertrophic growth response and cardiac conductance.^{[178][182][183][184][185][186]} Another role for miRNA in cardiovascular diseases is to use their expression levels for diagnosis, prognosis or risk stratification.^[187] miRNA’s in animal models have also been linked to cholesterol metabolism and regulation.

miRNA-712[edit]

Murine microRNA-712 is a potential biomarker (i.e. predictor) for atherosclerosis, a cardiovascular disease of the arterial wall associated with lipid retention and inflammation.^[188] Non-laminar blood flow also correlates with development of atherosclerosis as mechanosenors of endothelial cells respond to the shear force of disturbed flow (d-flow).^[189] A number of pro-atherogenic genes including matrix metalloproteinases (MMPs) are upregulated by d-flow,^[189] mediating pro-inflammatory and pro-angiogenic signals. These findings were observed in ligated carotid arteries of mice to mimic the effects of d-flow. Within 24 hours, pre-existing immature miR-712 formed mature miR-712 suggesting that miR-712 is flow-sensitive.^[189] Coinciding with these results, miR-712 is also upregulated in endothelial cells exposed to naturally occurring d-flow in the greater curvature of the aortic arch.^[189]

Origin[edit]

Pre-mRNA sequence of miR-712 is generated from the murine ribosomal RN45s gene at the internal transcribed spacer region 2 (ITS2).^[189] XRN1 is an exonuclease that degrades the ITS2 region during processing of RN45s.^[189] Reduction of XRN1 under d-flow conditions therefore leads to the accumulation of miR-712.^[189]

Mechanism[edit]

MiR-712 targets tissue inhibitor of metalloproteinases 3 (TIMP3).^[189] TIMPs normally regulate activity of matrix metalloproteinases (MMPs) which degrade the extracellular matrix (ECM). Arterial ECM is mainly composed of collagen and elastin fibers, providing the structural support and recoil properties of arteries.^[190] These fibers play a critical role in regulation of vascular inflammation and permeability, which are important in the development of atherosclerosis.^[191] Expressed by endothelial cells, TIMP3 is the only ECM-bound TIMP.^[190] A decrease in TIMP3 expression results in an increase of ECM degradation in the presence of d-flow. Consistent with these findings, inhibition of pre-miR712 increases expression of TIMP3 in cells, even when exposed to turbulent flow.^[189]

TIMP3 also decreases the expression of TNFα (a pro-inflammatory regulator) during turbulent flow.^[189]  Activity of TNFα in turbulent flow was measured by the expression of TNFα-converting enzyme (TACE) in blood. TNFα decreased if miR-712 was inhibited or TIMP3 overexpressed,^[189] suggesting that miR-712 and TIMP3 regulate TACE activity in turbulent flow conditions.

Anti-miR-712 effectively suppresses d-flow-induced miR-712 expression and increases TIMP3 expression.^[189] Anti-miR-712 also inhibits vascular hyperpermeability, thereby significantly reducing atherosclerosis lesion development and immune cell infiltration.^[189]

Human homolog microRNA-205[edit]

The human homolog of miR-712 was found on the RN45s homolog gene, which maintains similar miRNAs to mice.^[189] MiR-205 of humans share similar sequences with miR-712 of mice and is conserved across most vertebrates.^[189] MiR-205 and miR-712 also share more than 50% of the cell signaling targets, including TIMP3.^[189]

When tested, d-flow decreased the expression of XRN1 in humans as it did in mice endothelial cells, indicating a potentially common role of XRN1 in humans.^[189]

Kidney disease[edit]

Targeted deletion of Dicer in the FoxD1-derived renal progenitor cells in a murine model resulted in a complex renal phenotype including expansion of nephron progenitors, fewer renin cells, smooth muscle arterioles, progressive mesangial loss and glomerular aneurysms.^[192] High throughput whole transcriptome profiling of the FoxD1-Dicer knockout mouse model revealed ectopic upregulation of pro-apoptotic gene, Bcl2L11 (Bim) and dysregulation of the p53 pathway with increase in p53 effector genes including Bax, Trp53inp1, Jun, Cdkn1a, Mmp2, and Arid3a. p53 protein levels remained unchanged, suggesting that FoxD1 stromal miRNAs directly repress p53-effector genes. Using a lineage tracing approach followed by Fluorescent-activated cell sorting, miRNA profiling of the FoxD1-derived cells not only comprehensively defined the transcriptional landscape of miRNAs that are critical for vascular development, but also identified key miRNAs that are likely to modulate the renal phenotype in its absence. These miRNAs include miRs‐10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370, and 381 that regulate Bcl2L11 (Bim) and miRs‐15b, 18a, 21, 30c, 92a, 106a, 125b‐5p, 145, 214, 222, 296‐5p and 302a that regulate p53-effector genes. Consistent with the profiling results, ectopic apoptosis was observed in the cellular derivatives of the FoxD1 derived progenitor lineage and reiterates the importance of renal stromal miRNAs in cellular homeostasis.^[192]

Nervous system[edit]

miRNAs appear to regulate the development and function of the nervous system.^[193] Neural miRNAs are involved at various stages of synaptic development, including dendritogenesis (involving miR-132, miR-134 and miR-124), synapse formation^[194] and synapse maturation (where miR-134 and miR-138 are thought to be involved).^[195] Elimination of miRNA formation in mice by experimental silencing of Dicer has led to pathological outcomes, such as reduced neuronal size and motor abnormalities when silenced in striatal neurons^[196] and neurodegeneration when silenced in forebrain neurons.^[197] Some studies find altered miRNA expression in Alzheimer’s disease,^[198] as well as schizophrenia, bipolar disorder, major depression and anxiety disorders.^{[199][200][201]}

Stroke[edit]

According to the Center for Disease Control and Prevention, Stroke is one of the leading causes of death and long-term disability in America. 87% of the cases are ischemic strokes, which results from blockage in the artery of the brain that carries oxygen-rich blood. The obstruction of the blood flow means the brain cannot receive necessary nutrients, such as oxygen and glucose, and remove wastes, such as carbon dioxide.^[202][203] miRNAs plays a role in posttranslational gene silencing by targeting genes in the pathogenesis of cerebral ischemia, such as the inflammatory, angiogenesis, and apoptotic pathway.^[204] 

Alcoholism[edit]

The vital role of miRNAs in gene expression is significant to addiction, specifically alcoholism.^[205] Chronic alcohol abuse results in persistent changes in brain function mediated in part by alterations in gene expression.^[205] miRNA global regulation of many downstream genes deems significant regarding the reorganization or synaptic connections or long term neural adaptations involving the behavioral change from alcohol consumption to withdrawal and/or dependence.^[206] Up to 35 different miRNAs have been found to be altered in the alcoholic post-mortem brain, all of which target genes that include the regulation of the cell cycle, apoptosis, cell adhesion, nervous system development and cell signaling.^[205] Altered miRNA levels were found in the medial prefrontal cortex of alcohol-dependent mice, suggesting the role of miRNA in orchestrating translational imbalances and the creation of differentially expressed proteins within an area of the brain where complex cognitive behavior and decision making likely originate.^[207]

miRNAs can be either upregulated or downregulated in response to chronic alcohol use. miR-206 expression increased in the prefrontal cortex of alcohol-dependent rats, targeting the transcription factor brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and ultimately reducing its expression. BDNF plays a critical role in the formation and maturation of new neurons and synapses, suggesting a possible implication in synapse growth/synaptic plasticity in alcohol abusers.^[208] miR-155, important in regulating alcohol-induced neuroinflammation responses, was found to be upregulated, suggesting the role of microglia and inflammatory cytokines in alcohol pathophysiology.^[209] Downregulation of miR-382 was found in the nucleus accumbens, a structure in the basal forebrain significant in regulating feelings of reward that power motivational habits. miR-382 is the target for the dopamine receptor D1 (DRD1), and its overexpression results in the upregulation of DRD1 and delta fosB, a transcription factor that activates a series of transcription events in the nucleus accumbens that ultimately result in addictive behaviors.^[210] Alternatively, overexpressing miR-382 resulted in attenuated drinking and the inhibition of DRD1 and delta fosB upregulation in rat models of alcoholism, demonstrating the possibility of using miRNA-targeted pharmaceuticals in treatments.^[210]

Obesity[edit]

miRNAs play crucial roles in the regulation of stem cell progenitors differentiating into adipocytes.^[211] Studies to determine what role pluripotent stem cells play in adipogenesis, were examined in the immortalized human bone marrow-derived stromal cell line hMSC-Tert20.^[212] Decreased expression of miR-155, miR-221, and miR-222, have been found during the adipogenic programming of both immortalized and primary hMSCs, suggesting that they act as negative regulators of differentiation. Conversely, ectopic expression of the miRNAs 155, 221, and 222 significantly inhibited adipogenesis and repressed induction of the master regulators PPARγ and CCAAT/enhancer-binding protein alpha (CEBPA).^[213] This paves the way for possible genetic obesity treatments.

Another class of miRNAs that regulate insulin resistance, obesity, and diabetes, is the let-7 family. Let-7 accumulates in human tissues during the course of aging.^[214] When let-7 was ectopically overexpressed to mimic accelerated aging, mice became insulin-resistant, and thus more prone to high fat diet-induced obesity and diabetes.^[215] In contrast when let-7 was inhibited by injections of let-7-specific antagomirs, mice become more insulin-sensitive and remarkably resistant to high fat diet-induced obesity and diabetes. Not only could let-7 inhibition prevent obesity and diabetes, it could also reverse and cure the condition.^[216] These experimental findings suggest that let-7 inhibition could represent a new therapy for obesity and type 2 diabetes.

Hemostasis[edit]

miRNAs also play crucial roles in the regulation of complex enzymatic cascades including the hemostatic blood coagulation system.^[217] Large scale studies of functional miRNA targeting have recently uncovered rationale therapeutic targets in the hemostatic system.^[218][219] They have been directly linked to Calcium homeostasis in the endoplasmic reticulum, which is critical in cell differentiation in early development.^[220]

Plants[edit]

miRNAs are considered to be key regulators of many developmental, homeostatic, and immune processes in plants.^[221] Their roles in plant development include shoot apical meristem development, leaf growth, flower formation, seed production, or root expansion.^{[222][223][224][225]} In addition, they play a complex role in responses to various abiotic stresses comprising heat stress, low-temperature stress, drought stress, light stress, or gamma radiation exposure.^[221]

Viruses[edit]

Viral microRNAs play an important role in the regulation of gene expression of viral and/or host genes to benefit the virus. Hence, miRNAs play a key role in host–virus interactions and pathogenesis of viral diseases.^[226][227] The expression of transcription activators by human herpesvirus-6 DNA is believed to be regulated by viral miRNA.^[228]

Target prediction[edit]

miRNAs can bind to target messenger RNA (mRNA) transcripts of protein-coding genes and negatively control their translation or cause mRNA degradation. It is of key importance to identify the miRNA targets accurately.^[229] A comparison of the predictive performance of eighteen in silico algorithms is available.^[230] Large scale studies of functional miRNA targeting suggest that many functional miRNAs can be missed by target prediction algorithms.^[218]

See also[edit]

• Anti-miRNA oligonucleotides
• Gene expression
• List of miRNA gene prediction tools
• List of miRNA target prediction tools
• MicroDNA
• MiRNEST
• MIR222
• miR-324-5p
• RNA interference
• Small interfering RNA
• Small nucleolar RNA-derived microRNA
• C19MC miRNA cluster

References[edit]

Further reading[edit]

External links[edit]

• The miRBase database
• miRTarBase, the experimentally validated microRNA-target interactions database.
• semirna, Web application to search for microRNAs in a plant genome.
• ONCO.IO: Integrative resource for microRNA and transcription factors analysis in cancer.
• MirOB: MicroRNA targets database and data analysis and dataviz tool.
• ChIPBase database: An open access database for decoding the transcription factors that were involved in or affected the transcription of microRNAs from ChIP-seq data.
• An animated video of the microRNA biogenesis process.
• miRNA modulation reagents to enable up-regulation or suppression of endogenous mature microRNA function

МикроРНК (англ. microRNA, miRNA) — класс некодирующих РНК, которые имеют длину около 22 нуклеотидов. Эти РНК играют важную роль в регуляции трансляции и деградации мРНК. Регуляция осуществляется путем комплементарного связывания микроРНК с частично комплементарными сайтами в нетранслируемых участках (UTRs) мРНК (мишенями). Также имеются указания на возможность взаимодействия микроРНК непосредственно с ДНК генов в процессе РНК-зависимого метилирования ДНК, которое является одним из ключевых механизмов репрессии генов, аллельного исключения и предотвращения активности транспозонов^[1].

МикроРНК кодируются генами, первые из которых были обнаружены в 1993 году у Caenorhabditis elegans группой исследователей во главе с Виктором Амбросом. Эволюционно гены микроРНК являются производными мобильных элементов класса MITE (англ. miniature inverted-repeat transposable elements) и возникли из отдельных копий транспозонов. Транскрипты MITE благодаря наличию инвертированных повторов и формированию шпилек клетка распознавала и использовала для подавления активности остальных копий транспозонов. В настоящее время микроРНК обнаружены у животных и растений. Мишенями микроРНК является внушительное число генов — по меньшей мере треть генов генома. Ранее считалось, что микроРНК присущи лишь многоклеточным организмам, однако, наличие этой группы молекул обнаружено и у одноклеточных эукариот, а именно — у вида зелёных водорослей Chlamydomonas reinhardtii. Это может свидетельствовать о большем эволюционном возрасте микроРНК, чем ранее предполагалось.

Процессинг микроРНК

Показано, что у животных экспрессия микроРНК происходит в два этапа. Сначала с гена микроРНК транскрибируется протяженный первичный транскрипт, который может содержать в себе несколько копий микроРНК. Процессинг первичного транскрипта осуществляется в ядре, а продукт процессинга (зашпиленный предшественник) экспортируется в цитоплазму. В цитоплазме фермент Dicer (имеет свойства РНКазы III) вырезает из предшественника зрелую микроРНК.

Механизм действия микроРНК

Клиническое значение

Изменения в генах микроРНК могут играть роль в развитии ряда заболеваний. В некоторых исследованиях отмечается возможная роль микроРНК при шизофрении.^[2]

МикроРНК miR-140 участвует в патогенезе остеоартрита, регулируя, экспрессию гена ADAMTS5. У мышей, не экспрессирующих miR-140, нарушена пролиферация хондроцитов, мыши имеют карликовый фенотип.

Примечания

Внешние ссылки

• Коллекция статей, посвященных микроРНК на сайте журнала Nature
• Обо всех РНК на свете, больших и малых (подробный популярный обзор РНК-интерференции) — Старокадомский П.
• Нейробиологи нашли «включатель» человеческой памяти. Происходящий в нейронах синтез белков, необходимый для формирования памяти, контролируются с помощью микроРНК

Типы нуклеиновых кислот
Азотистые основания	Пурины (Аденин • Гуанин) • Пиримидины (Урацил • Тимин • Цитозин)
Нуклеозиды	Аденозин • Гуанозин • Уридин • Тимидин • Цитидин
Нуклеотиды	монофосфаты (АМФ • ГМФ • UMP • ЦМФ) • дифосфаты (АДФ • ГДФ • УДФ • ЦДФ) • трифосфаты (АТФ • ГТФ • УТФ • ЦТФ) • циклические (цАМФ • цГМФ • cADPR)
РНК	мРНК • тРНК • рРНК • антисмысловые • gRNA • микро • некодирующие • piwi-interacting • shRNA • малые интерферирующие • малые ядерные • малые ядрышковые • тмРНК
ДНК	кДНК • Геном • msDNA • Митохондриальная
Аналоги	Гликоль-нуклеиновая кислота[ru] • Замкнутая нуклеиновая кислота[ru] • ПНК • ТНК • Морфолино
Типы векторов	Фазмиды[ru] • Плазмиды • Фаг лямбда • Космиды[ru] • Фаг P1[ru] • Фосмиды[ru] • Искусственная бактериальная хромосома[ru] • Искусственная дрожжевая хромосома[ru] • Искусственная человеческая хромосома[ru]
Основные группы биохимических молекул Аминокислоты · Пептиды · Белки · Углеводы · Нуклеотиды · Нуклеиновая кислота · Липиды · Терпены · Каротиноиды · Стероиды · Флавоноиды · Алкалоиды · Гликозиды · Иридоиды

МикроРНК (сокращенно микроРНК ) представляет собой небольшой одноцепочечный некодирующие РНК молекулы (содержащий около 22 нуклеотидов ) содержится в растениях, животных и некоторых вирусов, который функционирует в РНК глушителей и пост-транскрипционной регуляции экспрессии генов . miRNAs функционируют посредством спаривания оснований с комплементарными последовательностями в молекулах мРНК . В результате эти молекулы мРНК заглушаются одним или несколькими из следующих процессов: (1) расщепление цепи мРНК на две части, (2) дестабилизация мРНК за счет укорочения ее поли (A) хвоста и ( 3) менее эффективная трансляция мРНК в белки рибосомами .

miRNA напоминают малые интерферирующие РНК (siRNA) пути РНК-интерференции (RNAi) , за исключением того, что miRNA происходят из областей транскриптов РНК, которые складываются сами по себе, образуя короткие шпильки, тогда как siRNA происходят из более длинных областей двухцепочечной РНК . Геном человека может кодировать более 1900 микроРНК, хотя недавний анализ показывает , что число ближе к 2,300. Однако только около 500 человеческих микроРНК представляют настоящую miRNA в вручную созданной базе данных генов miRNA MirGeneDB .

miRNAs в изобилии во многих типах клеток млекопитающих и в виде циркулирующих вне клетки miRNA . Циркулирующие миРНК выделяются в жидкости организма, включая кровь и спинномозговую жидкость, и потенциально могут быть доступны в качестве биомаркеров при ряде заболеваний. MiRNA, по-видимому, нацелены на около 60% генов человека и других млекопитающих. Многие miRNA эволюционно консервативны, что означает, что они выполняют важные биологические функции. Например, 90 семейств miRNA были законсервированы, по крайней мере, со времен общего предка млекопитающих и рыб, и большинство из этих консервативных miRNAs имеют важные функции, как показали исследования, в которых были выбиты гены для одного или нескольких членов семейства. у мышей.

История

Первая миРНК была открыта в начале 1990-х годов. Однако miRNA не были признаны отдельным классом биологических регуляторов до начала 2000-х годов. Исследования miRNA выявили различные наборы miRNA, экспрессируемые в разных типах клеток и тканях, и множественные роли miRNA в развитии растений и животных, а также во многих других биологических процессах. Аберрантная экспрессия miRNA вовлечена в болезненные состояния. Терапия на основе MiRNA находится на стадии исследования.

Первая miRNA была открыта в 1993 году группой под руководством Амброса, в которую входили Ли и Фейнбаум. Однако для дополнительного понимания его способа действий потребовались одновременно опубликованные работы команды Рувкуна , включая Вайтмана и Ха. Эти группы опубликовали несколько статей о гене lin-4 , который, как известно, контролирует время личиночного развития C. elegans путем репрессии гена lin-14 . Когда Ли и др. изолировали miRNA lin-4 , они обнаружили, что вместо получения мРНК, кодирующей белок, она продуцировала короткие некодирующие РНК , одна из которых была ~ 22-нуклеотидной РНК, которая содержала последовательности, частично комплементарные множественным последовательностям в 3 ‘UTR от лин-14 мРНК. Эта комплементарность была предложена для ингибирования трансляции мРНК lin-14 в белок LIN-14. В то время считалось, что малая РНК lin-4 является идиосинкразией нематод .

В 2000 году была охарактеризована вторая малая РНК: let-7 RNA, которая репрессирует lin-41, чтобы способствовать более позднему переходу в развитии у C. elegans . Было обнаружено, что РНК let-7 консервативна у многих видов, что привело к предположению, что РНК let-7 и дополнительные «малые временные РНК» могут регулировать время развития у различных животных, включая человека.

Годом позже было обнаружено , что lin-4 и let-7 РНК являются частью большого класса малых РНК, присутствующих в клетках C. elegans , дрозофилы и человека. Многие РНК этого класса напоминают РНК lin-4 и let-7 , за исключением того, что паттерны их экспрессии обычно несовместимы с ролью в регуляции времени развития. Это предполагает, что большинство из них может функционировать в других типах регуляторных путей. На этом этапе исследователи начали использовать термин «микроРНК» для обозначения этого класса малых регуляторных РНК.

Первым заболеванием человека, связанным с нарушением регуляции miRNA, был хронический лимфолейкоз . При этом заболевании miRNA играют двойную роль, работая как супрессоры опухолей, так и онкогены.

Номенклатура

В соответствии со стандартной системой номенклатуры имена присваиваются экспериментально подтвержденным miRNA перед публикацией. За префиксом miR следует тире и число, последнее часто указывает порядок именования. Например, miR-124 был назван и, вероятно, обнаружен до miR-456. «MiR-» с заглавной буквы относится к зрелой форме miRNA, а «mir-» без заглавной буквы относится к pre-miRNA и pri-miRNA. Гены, кодирующие миРНК, также называются с использованием того же трехбуквенного префикса в соответствии с соглашениями номенклатуры генов организма. Например, официальные названия генов miRNA у некоторых организмов: « mir-1 у C. elegans и Drosophila, Mir-1 у Rattus norvegicus и MIR-25 у человека».

miRNA с почти идентичными последовательностями, за исключением одного или двух нуклеотидов, помечаются дополнительной строчной буквой. Например, miR-124a тесно связана с miR-124b. Например:

hsa-miR-181a :aacauucaACgcugucggugAgu

hsa-miR-181b :aacauucaUUgcugucggugGgu

Пре-миРНК, при-миРНК и гены, которые приводят к 100% идентичным зрелым миРНК, но которые расположены в разных местах генома, обозначаются дополнительным суффиксом в виде тире. Например, пре-миРНК hsa-mir-194-1 и hsa-mir-194-2 приводят к идентичной зрелой миРНК (hsa-miR-194), но происходят из генов, расположенных в разных областях генома.

Виды происхождения обозначены трехбуквенным префиксом, например, hsa-miR-124 — это миРНК человека ( Homo sapiens ), а oar-miR-124 — миРНК овцы ( Ovis aries ). Другие распространенные префиксы включают «v» для вируса (miRNA, кодируемая вирусным геномом) и «d» для miRNA дрозофилы (плодовая муха, обычно изучаемая в генетических исследованиях).

Когда две зрелые микроРНК происходят из противоположных ветвей одной и той же пре-миРНК и обнаруживаются в примерно одинаковых количествах, они обозначаются суффиксом -3p или -5p. (В прошлом это различие также проводилось с помощью «s» ( смысл ) и «as» (антисмысловой)). Однако зрелых микроРНК, обнаруженных в одном плече шпильки, обычно гораздо больше, чем в другом плече, и в этом случае звездочка после названия указывает на зрелые виды, обнаруженные на низких уровнях в противоположном плече шпильки. Например, miR-124 и miR-124 * имеют общую шпильку пре-miRNA, но в клетке обнаруживается гораздо больше miR-124.

Цели

MiRNA растений обычно имеют почти идеальное спаривание со своими мишенями мРНК, что вызывает репрессию генов через расщепление транскриптов-мишеней. Напротив, miRNA животных способны распознавать свои мРНК-мишени, используя всего 6-8 нуклеотидов (область затравки) на 5′-конце miRNA, что недостаточно для спаривания, чтобы вызвать расщепление мРНК-мишени. Комбинаторная регуляция — это особенность регуляции miRNA у животных. Данная миРНК может иметь сотни различных мишеней мРНК, и данная мишень может регулироваться множеством миРНК.

Оценки среднего числа уникальных матричных РНК, которые являются мишенями для репрессии с помощью типичной miRNA, варьируются в зависимости от метода оценки, но несколько подходов показывают, что miRNA млекопитающих могут иметь множество уникальных мишеней. Напр., Анализ miRNAs, высококонсервативных у позвоночных, показывает, что каждая имеет в среднем примерно 400 консервативных мишеней. Точно так же эксперименты показывают, что один вид miRNA может снижать стабильность сотен уникальных информационных РНК. Другие эксперименты показывают, что один вид miRNA может подавлять продукцию сотен белков, но эта репрессия часто бывает относительно мягкой (гораздо меньше, чем в 2 раза). Первым заболеванием человека, связанным с нарушением регуляции miRNA, был хронический лимфолейкоз . Последовали и другие В-клеточные злокачественные новообразования.

Биогенез

До 40% генов miRNA могут находиться в интронах или даже экзонах других генов. Они обычно, хотя и не исключительно, находятся в определенной смысловой ориентации и, таким образом, обычно регулируются вместе с их генами-хозяевами.

ДНК-матрица — не последнее слово в вопросе продукции зрелой miRNA: 6% человеческих miRNA демонстрируют редактирование РНК ( IsomiRs ), сайт-специфическую модификацию последовательностей РНК для получения продуктов, отличных от тех, которые кодируются их ДНК. Это увеличивает разнообразие и объем действия miRNA, выходящий за рамки того, что связано только с геномом.

Транскрипция

Гены miRNA обычно транскрибируются РНК-полимеразой II (Pol II). Полимераза часто связывается с промотором, обнаруженным рядом с последовательностью ДНК, кодируя то, что станет петлей шпильки пре-миРНК. Полученный транскрипт кэпируется специально модифицированным нуклеотидом на 5′-конце, полиаденилируется множеством аденозинов (поли (A) хвост) и сплайсируется . МикроРНК животных первоначально транскрибируется как часть одного плеча стволовой петли РНК из 80 нуклеотидов, которая, в свою очередь, образует часть предшественника миРНК длиной в несколько сотен нуклеотидов, называемого при-миРНК. Когда предшественник «стебель-петля» обнаруживается в 3′-UTR, транскрипт может служить в качестве при-миРНК и мРНК. РНК-полимераза III (Pol III) транскрибирует некоторые miRNA, особенно с последовательностями Alu выше , транспортными РНК (тРНК) и промоторными единицами с широким вкраплением повторов (MWIR) млекопитающих.

Ядерная обработка

Одна при-миРНК может содержать от одного до шести предшественников миРНК. Эти структуры петли шпильки состоят примерно из 70 нуклеотидов каждая. Каждая шпилька окружена последовательностями, необходимыми для эффективной обработки.

Структура двухцепочечной РНК (дцРНК) шпилек в при-миРНК распознается ядерным белком, известным как критическая область 8 синдрома ДиДжорджи (DGCR8 или «Паша» у беспозвоночных), названная в честь его ассоциации с синдромом ДиДжорджи . DGCR8 связывается с ферментом Drosha , белком, который разрезает РНК, с образованием микропроцессорного комплекса . В этом комплексе DGCR8 ориентирует каталитический домен РНКазы III Drosha для освобождения шпилек от pri-miRNAs путем расщепления РНК примерно на одиннадцать нуклеотидов от основания шпильки (одна спиральная дцРНК превращается в стебель). Полученный продукт имеет двухнуклеотидный выступ на его 3′-конце; он имеет 3 ‘гидроксильные и 5’ фосфатные группы. Ее часто называют пре-миРНК (миРНК-предшественница). Были идентифицированы мотивы последовательностей ниже пре-miRNA, которые важны для эффективного процессинга.

Пре-миРНК, которые сплайсируются непосредственно из интронов, минуя микропроцессорный комплекс, известны как « миртроны ». Первоначально считалось , что миртроны существуют только у Drosophila и C. elegans , теперь же миртроны обнаружены у млекопитающих.

До 16% пре-miRNAs могут быть изменены посредством редактирования ядерной РНК . Чаще всего ферменты, известные как аденозиндезаминазы, действующие на РНК (ADAR), катализируют переходы аденозина в инозин (от A к I). Редактирование РНК может останавливать ядерный процессинг (например, pri-miR-142, что приводит к деградации рибонуклеазой Tudor-SN) и изменять последующие процессы, включая процессинг цитоплазматической miRNA и специфичность мишени (например, путем изменения затравочной области miR-376 в центральной нервной системе).

Ядерный экспорт

Шпильки пре-миРНК экспортируются из ядра в процессе с участием ядерно — цитоплазматического челночного транспортера Exportin-5 . Этот белок, член семейства кариоферинов , распознает двухнуклеотидный выступ, оставленный ферментом РНКазы III Drosha на 3′-конце шпильки пре-миРНК. Опосредованный экспортином-5 транспорт в цитоплазму зависит от энергии с использованием гуанозинтрифосфата (GTP), связанного с белком Ran .

Цитоплазматическая обработка

В цитоплазме шпилька пре-миРНК расщепляется ферментом РНКазы III Dicer . Эта эндорибонуклеаза взаимодействует с 5 ‘и 3’ концами шпильки и отрезает петлю, соединяющую 3 ‘и 5’ ветви, давая несовершенный дуплекс miRNA: miRNA * длиной около 22 нуклеотидов. Общая длина шпильки и размер петли влияют на эффективность обработки дайсером. Несовершенная природа спаривания miRNA: miRNA * также влияет на расщепление. Некоторые из G-богатых пре-miRNAs потенциально могут принимать структуру G-квадруплекса в качестве альтернативы канонической структуре стержень-петля. Например, человеческая пре-миРНК 92b принимает структуру G-квадруплекса, которая устойчива к опосредованному Дайсером расщеплению в цитоплазме . Хотя любая цепь дуплекса потенциально может действовать как функциональная miRNA, только одна цепь обычно включается в РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC), где miRNA и ее мишень мРНК взаимодействуют.

Хотя большинство miRNA расположены внутри клетки, некоторые miRNA, обычно известные как циркулирующие miRNA или внеклеточные miRNA, также были обнаружены во внеклеточной среде, включая различные биологические жидкости и среды для культивирования клеток.

Биогенез в растениях

Биогенез miRNA в растениях отличается от биогенеза животных, главным образом, стадиями ядерной обработки и экспорта. Вместо того, чтобы расщепляться двумя разными ферментами, один раз внутри и один раз за пределами ядра, оба расщепления миРНК растения выполняются гомологом Dicer, называемым Dicer-like1 (DL1). DL1 экспрессируется только в ядре растительных клеток, что указывает на то, что обе реакции происходят внутри ядра. До того, как дуплексы miRNA: miRNA * переносятся из ядра, его 3′-выступы метилируются с помощью РНК-метилтрансферазного белка, называемого Hua-Enhancer1 (HEN1). Затем дуплекс транспортируется из ядра в цитоплазму с помощью белка, называемого Hasty (HST), гомолога Exportin 5, где они разбираются, и зрелая миРНК включается в RISC.

РНК-индуцированный комплекс сайленсинга

Зрелая miRNA является частью активного комплекса RNA-индуцированного сайленсинга (RISC), содержащего Dicer и многие связанные с ним белки. RISC также известен как комплекс рибонуклеопротеидов микроРНК (miRNP); RISC со встроенной miRNA иногда называют miRISC.

Считается, что процессинг пре-миРНК дайсером связан с раскручиванием дуплекса. Обычно в miRISC включается только одна цепь, выбранная на основе ее термодинамической нестабильности и более слабого спаривания оснований на 5′-конце по сравнению с другой цепью. Положение стержня-петли также может влиять на выбор пряди. Другая ветвь, называемая пассажирской цепью из-за ее более низких уровней в установившемся состоянии, обозначена звездочкой (*) и обычно деградирует. В некоторых случаях обе цепи дуплекса жизнеспособны и становятся функциональной miRNA, нацеленной на разные популяции мРНК.

Члены семейства белков Argonaute (Ago) играют центральную роль в функции RISC. Аргонавты необходимы для индуцированного miRNA сайленсинга и содержат два консервативных домена связывания РНК: домен PAZ, который может связывать одноцепочечный 3′-конец зрелой miRNA, и домен PIWI, который структурно напоминает рибонуклеазу-H и функционирует для взаимодействия с 5′- концом. конец направляющей пряди. Они связывают зрелую миРНК и ориентируют ее для взаимодействия с целевой мРНК. Некоторые аргонавты, например человеческий Ago2, непосредственно расщепляют транскрипты-мишени; аргонавты могут также привлекать дополнительные белки для достижения репрессии трансляции. Геном человека кодирует восемь белков аргонаута, разделенных по сходству последовательностей на два семейства: AGO (четыре члена присутствуют во всех клетках млекопитающих и называются E1F2C / hAgo у людей) и PIWI (обнаруживаются в зародышевой линии и гемопоэтических стволовых клетках).

Дополнительные компоненты RISC включают TRBP [белок, связывающий РНК (TAR), трансактивирующую ответную РНК вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)], PACT (белковый активатор интерферон- индуцированной протеинкиназы ), комплекс SMN, ломкий белок X-умственной отсталости (FMRP), стафилококковый тудор. белок, содержащий домен нуклеазы (Tudor-SN), предполагаемая ДНК- геликаза MOV10 и мотив узнавания РНК, содержащий белок TNRC6B .

Режим молчания и регуляторные петли

Молчание генов может происходить либо за счет деградации мРНК, либо за счет предотвращения трансляции мРНК. Например, miR16 содержит последовательность, комплементарную AU-богатому элементу, обнаруженному в 3’UTR многих нестабильных мРНК, таких как TNF-альфа или GM-CSF . Было продемонстрировано, что при полной комплементарности между miRNA и последовательностью мРНК-мишени Ago2 может расщеплять мРНК и приводить к прямой деградации мРНК. В отсутствие комплементарности молчание достигается за счет предотвращения трансляции. Взаимосвязь miRNA и ее целевой мРНК может быть основана на простой отрицательной регуляции целевой мРНК, но кажется, что распространенным сценарием является использование «когерентной петли прямой связи », «петли взаимной отрицательной обратной связи» (также называемой двойной отрицательный контур) и «контур положительной обратной связи / прямой связи». Некоторые miRNA работают как буферы случайных изменений экспрессии генов, возникающих из-за случайных событий транскрипции, трансляции и стабильности белка. Такая регуляция обычно достигается за счет петель отрицательной обратной связи или некогерентной петли прямой связи, разобщающей выход белка с транскрипцией мРНК.

Оборот

Оборот зрелой miRNA необходим для быстрых изменений в профилях экспрессии miRNA. Считается, что во время созревания miRNA в цитоплазме поглощение белком Argonaute стабилизирует направляющую цепь, в то время как противоположная (* или «пассажирская») цепь предпочтительно разрушается. В том, что было названо стратегией «Используй или потеряй», Argonaute может предпочтительно сохранять miRNAs со многими мишенями, чем miRNAs с небольшим количеством мишеней или без них, что приводит к деградации нецелевых молекул.

Распад зрелых миРНК у Caenorhabditis elegans опосредуется экзорибонуклеазой XRN2 с 5′-к- 3’ом , также известной как Rat1p. У растений члены семейства SDN (малые РНК-деградирующие нуклеазы) разрушают miRNA в противоположном (3′-к-5 ‘) направлении. Подобные ферменты кодируются в геномах животных, но их роль не описана.

Некоторые модификации miRNA влияют на стабильность miRNA. Как показала работа с модельным организмом Arabidopsis thaliana (кресс-салат), миРНК зрелых растений, по-видимому, стабилизируются добавлением метильных групп на 3′-конце. 2′-O-конъюгированные метильные группы блокируют добавление остатков урацила (U) ферментами уридилтрансферазы , модификация, которая может быть связана с деградацией miRNA. Однако уридилирование может также защищать некоторые miRNA; последствия этой модификации до конца не изучены. Сообщалось об уридилировании некоторых микроРНК животных. Как растения, так и животные miRNA могут быть изменены путем добавления остатков аденина (A) к 3′-концу miRNA. Дополнительный A, добавленный к концу miR-122 млекопитающих , обогащенной печенью miRNA, важной при гепатите C , стабилизирует молекулу, а миРНК растений, заканчивающиеся остатком аденина, имеют более медленную скорость распада.

Клеточные функции

Функция miRNA, по-видимому, заключается в регуляции генов. Для этой цели miRNA является комплементарной частью одной или нескольких информационных РНК (мРНК). MiRNA животных обычно комплементарны сайту в 3 ‘UTR, тогда как miRNA растений обычно комплементарны кодирующим областям мРНК. Идеальное или почти идеальное спаривание оснований с целевой РНК способствует расщеплению РНК. Это основной вид миРНК растений. У животных совпадения несовершенные.

Для частично комплементарных микроРНК, чтобы распознавать свои мишени, нуклеотиды 2-7 miRNA (ее «затравочная область») должны быть совершенно комплементарными. MiRNA животных ингибируют трансляцию белка целевой мРНК (это присутствует, но реже у растений). Частично комплементарные микроРНК также могут ускорять деаденилирование , вызывая более раннюю деградацию мРНК. В то время как деградация мРНК, нацеленная на miRNA, хорошо задокументирована, вопрос о том, достигается ли репрессия трансляции посредством деградации мРНК, ингибирования трансляции или их комбинации, горячо обсуждается. Недавняя работа с miR-430 у рыбок данио, а также с bantam-miRNA и miR-9 в культивируемых клетках дрозофилы , показывает, что репрессия трансляции вызывается нарушением инициации трансляции , независимо от деаденилирования мРНК.

микроРНК иногда также причина модификации гистонов и метилирование ДНК из промотора сайтов, что влияет на экспрессию генов — мишеней.

Девять механизмов действия miRNA описаны и собраны в единую математическую модель:

• Ингибирование инициации Cap-40S;
• 60S ингибирование присоединения рибосомных единиц;
• Замедление удлинения;
• Выпадение рибосомы (преждевременное прекращение);
• Ко-трансляционная деградация растущего белка;
• Секвестр в П-телах;
• распад мРНК (дестабилизация);
• расщепление мРНК;
• Ингибирование транскрипции посредством реорганизации хроматина, опосредованной микроРНК, с последующим подавлением генов.

Эти механизмы часто невозможно распознать, используя экспериментальные данные о стационарных скоростях реакций. Тем не менее они различаются по динамике и имеют разные кинетические сигнатуры .

В отличие от растительных микроРНК, животные микроРНК нацелены на различные гены. Однако гены, участвующие в функциях, общих для всех клеток, таких как экспрессия генов, имеют относительно меньше участков-мишеней для микроРНК и, по-видимому, подвергаются отбору, чтобы избежать нацеливания микроРНК.

dsRNA может также активировать экспрессию гена , механизм, который был назван «активацией гена, индуцированной малой РНК» или RNAa . дцРНК, нацеленные на промоторы генов, могут вызывать сильную активацию транскрипции ассоциированных генов. Это было продемонстрировано на клетках человека с использованием синтетических дцРНК, называемых малыми активирующими РНК ( саРНК ), но также было продемонстрировано для эндогенных микроРНК.

Считается, что взаимодействия между микроРНК и комплементарными последовательностями генов и даже псевдогенами, которые имеют общую гомологию последовательностей, являются обратным каналом связи, регулирующим уровни экспрессии между паралогичными генами (генами, имеющими аналогичную структуру, указывающую на дивергенцию от общего предкового гена). Получив название «конкурирующие эндогенные РНК» ( цРНК ), эти микроРНК связываются с «элементами ответа микроРНК» на генах и псевдогенах и могут служить другим объяснением устойчивости некодирующей ДНК.

Некоторые исследования показывают, что груз мРНК экзосом может играть роль в имплантации, они могут нарушать адгезию между трофобластом и эндометрием или поддерживать адгезию путем понижающей или повышающей регуляции экспрессии генов, участвующих в адгезии / инвазии.

Более того, miRNA как miR-183/96/182, по- видимому, играет ключевую роль в циркадном ритме .

Эволюция

miRNAs хорошо сохраняются как у растений, так и у животных и считаются жизненно важным и эволюционно древним компонентом регуляции генов. В то время как основные компоненты пути микроРНК сохраняются у растений и животных , репертуары миРНК в двух царствах, по-видимому, возникли независимо с разными первичными способами действия.

микроРНК являются полезными филогенетическими маркерами из-за их явно низкой скорости эволюции. Происхождение микроРНК как регуляторный механизм развился из предыдущего механизма РНКи, который первоначально использовался в качестве защиты от экзогенного генетического материала, такого как вирусы. Их происхождение, возможно, способствовало развитию морфологических инноваций и, сделав экспрессию генов более специфичной и «тонко настраиваемой», позволило генезису сложных органов и, возможно, в конечном итоге, сложной жизни. Быстрые всплески морфологических инноваций обычно связаны с высокой скоростью накопления микроРНК.

Новые микроРНК создаются несколькими способами. Новые микроРНК могут возникать в результате случайного образования шпилек в «некодирующих» участках ДНК (то есть в интронах или межгенных областях), но также в результате дупликации и модификации существующих микроРНК. микроРНК могут также образовываться из перевернутых дубликатов последовательностей, кодирующих белок, что позволяет создавать складную структуру шпильки. Скорость эволюции (т. Е. Нуклеотидного замещения) в недавно возникших микроРНК сравнима с таковой в других частях некодирующей ДНК, что подразумевает эволюцию за счет нейтрального дрейфа; однако более старые микроРНК имеют гораздо более низкую скорость изменения (часто менее одной замены за сто миллионов лет), предполагая, что, как только микроРНК приобретает функцию, она подвергается очищающей селекции. Отдельные области в гене miRNA сталкиваются с разными эволюционными давлениями, где области, которые жизненно важны для процессинга и функционирования, имеют более высокие уровни консервации. На этом этапе микроРНК редко теряется из генома животного, хотя более новые микроРНК (таким образом, предположительно нефункциональные) часто теряются. У Arabidopsis thaliana чистый поток генов miRNA, по прогнозам, составляет от 1,2 до 3,3 генов на миллион лет. Это делает их ценным филогенетическим маркером, и они рассматриваются как возможное решение выдающихся филогенетических проблем, таких как взаимоотношения членистоногих . С другой стороны, во многих случаях микроРНК плохо коррелируют с филогенезом, и возможно, что их филогенетическое соответствие в значительной степени отражает ограниченный выбор микроРНК.

МикроРНК присутствуют в геномах большинства эукариотических организмов, от бурых водорослей до животных. Однако разница в том, как эти микроРНК функционируют и как они обрабатываются, предполагает, что микроРНК возникли независимо у растений и животных.

Сосредоточившись на животных, в геноме Mnemiopsis leidyi, по- видимому, отсутствуют узнаваемые микроРНК, а также ядерные белки Drosha и Pasha , которые имеют решающее значение для биогенеза канонических микроРНК. На данный момент это единственное животное, пропавшее без вести Дроша. МикроРНК играют жизненно важную роль в регуляции экспрессии генов у всех исследованных животных без гребневиков, за исключением Trichoplax adhaerens , единственного известного представителя типа Placozoa .

У всех видов к марту 2010 года было идентифицировано более 5000 различных miRNA. В то время как короткие последовательности РНК (50 — сотни пар оснований) с широко сопоставимой функцией встречаются у бактерий, у бактерий отсутствуют настоящие микроРНК.

Экспериментальное обнаружение и манипуляции

В то время как исследователи сосредоточились на экспрессии miRNA в физиологических и патологических процессах, возникли различные технические переменные, связанные с выделением микроРНК. Стабильность хранимых образцов miRNA была поставлена ​​под сомнение. микроРНК разлагаются намного легче, чем мРНК, отчасти из-за их длины, но также из-за повсеместного присутствия РНКаз . Это требует охлаждения образцов на льду и использования оборудования, не содержащего РНКазы .

Экспрессия микроРНК может быть определена количественно в процессе двухэтапной полимеразной цепной реакции модифицированной ОТ-ПЦР с последующей количественной ПЦР . Варианты этого метода позволяют получить абсолютную или относительную количественную оценку. miRNA также можно гибридизировать с микрочипами , слайдами или чипами с зондами для сотен или тысяч мишеней miRNA, так что относительные уровни miRNA могут быть определены в различных образцах. микроРНК могут быть обнаружены и профилированы методами высокопроизводительного секвенирования ( секвенирование микроРНК ). Активность в микроРНК может быть экспериментально ингибируется с использованием заперта нуклеиновой кислоты (LNA) олиго , а морфолино олиго или РНК олиго 2′-О-метил. Конкретная miRNA может подавляться комплементарным антагомиром . Созревание микроРНК может ингибироваться в нескольких точках стерически-блокирующими олигонуклеотидами. Сайт-мишень miRNA транскрипта мРНК также может быть заблокирован стерически-блокирующим олиго. Для обнаружения «in situ» miRNA могут использоваться зонды LNA или Morpholino. Закрытая конформация LNA приводит к улучшенным свойствам гибридизации и увеличивает чувствительность и селективность, что делает ее идеальной для обнаружения коротких miRNA.

Высокопроизводительная количественная оценка miRNA подвержена ошибкам из-за большей дисперсии (по сравнению с мРНК ), которая сопряжена с методологическими проблемами. Поэтому экспрессию мРНК часто анализируют, чтобы проверить эффекты miRNA на их уровнях (например, in). Базы данных могут использоваться для объединения данных мРНК и миРНК, которые предсказывают цели миРНК на основе их базовой последовательности. Хотя это обычно делается после обнаружения представляющих интерес miRNA (например, из-за высоких уровней экспрессии), были предложены идеи инструментов анализа, которые интегрируют информацию об экспрессии мРНК и miRNA.

Болезнь

Подобно тому, как miRNA участвует в нормальном функционировании эукариотических клеток, нарушение регуляции miRNA связано с заболеванием. Созданная вручную общедоступная база данных miR2Disease документирует известную взаимосвязь между нарушением регуляции miRNA и заболеванием человека.

Наследственные болезни

Мутация в семенной области miR-96 вызывает наследственную прогрессирующую потерю слуха.

Мутация в семенной области miR-184 вызывает наследственный кератоконус с передней полярной катарактой.

Делеция кластера miR-17 ~ 92 вызывает дефекты скелета и роста.

Рак

Первым заболеванием человека, связанным с нарушением регуляции miRNA, был хронический лимфолейкоз. Многие другие miRNA также связаны с раком и, соответственно, иногда называются « онкомирами ». В злокачественных В-клетках миРНК участвуют в путях, фундаментальных для развития В-клеток, таких как передача сигналов рецептора В-клеток (BCR), миграция / адгезия В-клеток, межклеточные взаимодействия в иммунных нишах и производство и переключение классов иммуноглобулинов. MiRNA влияют на созревание В-клеток, образование пре-, маргинальной зоны, фолликулярных, В1, плазменных В-клеток и В-клеток памяти.

Другая роль miRNA при раке заключается в использовании уровня их экспрессии для прогноза. В образцах NSCLC низкие уровни miR-324a могут служить индикатором плохой выживаемости. Высокие уровни miR-185 или низкие уровни miR-133b могут коррелировать с метастазированием и плохой выживаемостью при колоректальном раке .

Кроме того, определенные miRNA могут быть связаны с определенными гистологическими подтипами колоректального рака. Например, было показано, что уровни экспрессии miR-205 и miR-373 увеличиваются при муцинозном колоректальном раке и связанном с муцином язвенном колите раке толстой кишки, но не при спорадической аденокарциноме толстой кишки, в которой отсутствуют муцинозные компоненты. Исследования in vitro показали, что miR-205 и miR-373 могут функционально индуцировать различные признаки опухолевого прогрессирования, связанного с муцином, в эпителиальных клетках кишечника.

Пролиферация клеток гепатоцеллюлярной карциномы может возникать в результате взаимодействия miR-21 с MAP2K3, геном-репрессором опухоли. Оптимальное лечение рака включает точное определение пациентов для терапии со стратификацией риска. Те, у кого есть быстрый ответ на начальное лечение, могут получить пользу от сокращенных схем лечения, что свидетельствует о ценности точных показателей реакции на заболевание. Внеклеточные циркулирующие миРНК (кимиРНК) очень стабильны в крови, сверхэкспрессируются при раке и поддаются количественной оценке в диагностической лаборатории. При классической лимфоме Ходжкина плазменные miR-21, miR-494 и miR-1973 являются многообещающими биомаркерами ответа на заболевание. Циркулирующие миРНК могут помочь в принятии клинических решений и в интерпретации позитронно-эмиссионной томографии в сочетании с компьютерной томографией . Их можно проводить на каждой консультации для оценки реакции на заболевание и выявления рецидива.

МикроРНК могут быть использованы в качестве инструментов или мишеней для лечения различных видов рака. В нескольких исследованиях было обнаружено, что специфическая микроРНК, miR-506, действует как антагонист опухоли. Было обнаружено, что в значительном количестве образцов рака шейки матки экспрессия miR-506 подавлена. Кроме того, miR-506 способствует апоптозу клеток рака шейки матки посредством своего прямого транскрипционного фактора пути хэджхог, Gli3.

Ремонт ДНК и рак

Рак вызывается накоплением мутаций либо из-за повреждения ДНК, либо из-за неисправленных ошибок репликации ДНК . Дефекты репарации ДНК вызывают накопление мутаций, которые могут привести к раку. Некоторые гены, участвующие в репарации ДНК, регулируются микроРНК.

Мутации зародышевой линии в генах репарации ДНК вызывают только 2–5% случаев рака толстой кишки . Однако измененная экспрессия микроРНК, вызывающая дефицит репарации ДНК, часто связана с раком и может быть важным причинным фактором. Среди 68 спорадического рака толстой кишки с пониженной экспрессией ДНК — репарация ошибочно спаренной белок MLH1 , большинство из них были признаны недостаточными из — за эпигенетический метилирования на CpG острове MLH1 гена. Однако до 15% дефицита MLH1 при спорадическом раке толстой кишки, по-видимому, происходит из-за сверхэкспрессии микроРНК miR-155, которая подавляет экспрессию MLH1.

В 29–66% глиобластом репарация ДНК недостаточна из-за эпигенетического метилирования гена MGMT , которое снижает экспрессию белка MGMT. Однако для 28% глиобластом белок MGMT недостаточен, но промотор MGMT не метилирован. В глиобластомах без метилированных промоторов MGMT уровень микроРНК miR-181d обратно коррелирует с экспрессией белка MGMT, а прямой мишенью miR-181d является мРНК 3’UTR MGMT ( три основных нетранслируемых участка мРНК MGMT). Таким образом, в 28% глиобластом повышенная экспрессия miR-181d и пониженная экспрессия фермента репарации ДНК MGMT могут быть причинным фактором.

Белки HMGA (HMGA1a, HMGA1b и HMGA2) участвуют в развитии рака, и экспрессия этих белков регулируется микроРНК. Экспрессия HMGA почти не обнаруживается в дифференцированных тканях взрослого человека, но повышена во многих случаях рака. Белки HMGA представляют собой полипептиды из ~ 100 аминокислотных остатков, характеризующиеся модульной организацией последовательностей. Эти белки имеют три высоко положительно заряженных области, называемых крючками АТ , которые связывают малую бороздку богатых АТ участков ДНК в определенных областях ДНК. Новообразования человека, в том числе карциномы щитовидной железы, предстательной железы, шейки матки, колоректального рака, поджелудочной железы и яичников, демонстрируют сильное увеличение белков HMGA1a и HMGA1b. У трансгенных мышей с HMGA1, нацеленным на лимфоидные клетки, развивается агрессивная лимфома, что показывает, что высокая экспрессия HMGA1 связана с раком и что HMGA1 может действовать как онкоген. Белок HMGA2 специфически нацелен на промотор ERCC1 , тем самым снижая экспрессию этого гена репарации ДНК. Экспрессия белка ERCC1 была недостаточной в 100% из 47 оцененных случаев рака толстой кишки (хотя степень участия HGMA2 неизвестна).

Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) могут изменять связывание miRNA с 3’UTR, например, в случае hsa-mir181a и hsa-mir181b с геном-супрессором опухоли CDON.

Сердечное заболевание

Глобальная роль функции miRNA в сердце решается путем условного ингибирования созревания miRNA в сердце мыши . Это показало, что miRNAs играют важную роль во время его развития. Исследования профилей экспрессии miRNA демонстрируют, что уровни экспрессии определенных miRNA изменяются в пораженном сердце человека, указывая на их участие в кардиомиопатиях . Более того, исследования специфических miRNA на животных выявили различные роли miRNA как во время развития сердца, так и при патологических состояниях, включая регуляцию ключевых факторов, важных для кардиогенеза, реакции гипертрофического роста и сердечной проводимости. Другая роль miRNA при сердечно-сосудистых заболеваниях — использование уровней их экспрессии для диагностики, прогноза или стратификации риска. miRNA в моделях на животных также были связаны с метаболизмом и регуляцией холестерина.

miRNA-712

МикроРНК-712 мыши является потенциальным биомаркером (то есть предиктором) атеросклероза , сердечно-сосудистого заболевания артериальной стенки, связанного с задержкой липидов и воспалением. Неламинарный кровоток также коррелирует с развитием атеросклероза, поскольку механосеноры эндотелиальных клеток реагируют на сдвигающую силу нарушенного кровотока (d-поток). Ряд проатерогенных генов, включая матриксные металлопротеиназы (ММР), активируются с помощью d-потока, опосредуя провоспалительные и проангиогенные сигналы. Эти результаты наблюдались в перевязанных сонных артериях мышей, чтобы имитировать эффекты d-потока. В течение 24 часов ранее существовавшая незрелая miR-712 образовывала зрелую miR-712, что позволяет предположить, что miR-712 является чувствительной к потоку. Соответствуя этим результатам, miR-712 также активируется в эндотелиальных клетках, подверженных естественному d-потоку в большей кривизне дуги аорты.

Источник

Последовательность пре-мРНК miR-712 генерируется из мышиного гена рибосомных RN45s во внутренней транскрибируемой спейсерной области 2 (ITS2). XRN1 представляет собой экзонуклеазу, которая разрушает область ITS2 во время процессинга RN45. Таким образом, уменьшение XRN1 в условиях d-потока ведет к накоплению miR-712.

Механизм

MiR-712 нацелен на тканевой ингибитор металлопротеиназы 3 (TIMP3). ТИМП обычно регулируют активность матриксных металлопротеиназ (ММП), которые разрушают внеклеточный матрикс (ЕСМ). Артериальный ECM в основном состоит из волокон коллагена и эластина , обеспечивающих структурную поддержку и свойства отдачи артерий. Эти волокна играют решающую роль в регуляции воспаления и проницаемости сосудов, которые важны в развитии атеросклероза. Экспрессируемый эндотелиальными клетками, TIMP3 является единственным TIMP, связанным с ECM. Снижение экспрессии TIMP3 приводит к увеличению деградации ECM в присутствии d-потока. В соответствии с этими находками, ингибирование pre-miR712 увеличивает экспрессию TIMP3 в клетках даже при воздействии турбулентного потока.

TIMP3 также снижает экспрессию TNFα (провоспалительного регулятора) во время турбулентного потока. Активность TNFα в турбулентном потоке измеряли по экспрессии TNFα-конвертирующего фермента (TACE) в крови. TNFα снижается, если miR-712 ингибируется или TIMP3 сверхэкспрессируется, что позволяет предположить, что miR-712 и TIMP3 регулируют активность TACE в условиях турбулентного потока.

Анти-miR-712 эффективно подавляет экспрессию miR-712, индуцированную d-потоком, и увеличивает экспрессию TIMP3. Анти-miR-712 также ингибирует повышенную проницаемость сосудов, тем самым значительно снижая развитие атеросклероза и инфильтрацию иммунных клеток.

Человеческий гомолог микроРНК-205

Человеческий гомолог miR-712 был обнаружен в гене гомолога RN45s, который поддерживает miRNA, сходные с мышами. MiR-205 человека имеет сходные последовательности с miR-712 мышей и сохраняется у большинства позвоночных. MiR-205 и miR-712 также разделяют более 50% мишеней передачи сигналов клеток, включая TIMP3.

При тестировании d-поток снижал экспрессию XRN1 у людей, как и в эндотелиальных клетках мышей, что указывает на потенциально общую роль XRN1 у людей.

Болезнь почек

Нацеленная делеция Dicer в производных от FoxD1 почечных клетках-предшественниках на мышиной модели привела к сложному почечному фенотипу, включающему распространение предшественников нефронов , меньшее количество рениновых клеток, артериол гладких мышц , прогрессирующую мезангиальную потерю и клубочковые аневризмы. Высокопроизводительное профилирование полного транскриптома модели мышей с нокаутом FoxD1-Dicer выявило эктопическую активацию проапоптотического гена, Bcl2L11 (Bim) и нарушение регуляции пути p53 с увеличением эффекторных генов p53, включая Bax , Trp53inp1 , Jun, Cdkn1a , Mmp2 и Arid3a . Уровни белка p53 остались неизменными, что позволяет предположить, что стромальные miRNA FoxD1 непосредственно репрессируют гены-эффекторы p53. Используя метод отслеживания клонов с последующей сортировкой флуоресцентно-активируемых клеток , профилирование миРНК клеток, полученных из FoxD1, не только всесторонне определили транскрипционный ландшафт miРНК, которые имеют решающее значение для развития сосудов, но также идентифицировали ключевые миРНК, которые могут модулировать почечный фенотип. в его отсутствие. Эти miRNA включают miRs-10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370 и 381, которые регулируют Bcl2L11 (Bim) и miRs-15b, 18a, 21, 30c, 92a, 106a, 125b-5p, 145, 214, 222, 296-5p и 302a, которые регулируют гены эффекторов р53. В соответствии с результатами профилирования, эктопический апоптоз наблюдался в клеточных производных линии предков, происходящих от FoxD1, и подтверждает важность почечных стромальных miRNAs в клеточном гомеостазе.

Нервная система

miRNAs, по-видимому, регулируют развитие и функцию нервной системы . Нейронные микроРНК вовлечены на различных стадиях развития синаптической, в том числе dendritogenesis ( с участием микроРНК-132 , MIR-134 и MIR-124 ), синапсов формирования и созревания синапсов (где микроРНК-134 и микроРНК-138 , как полагают, участвует). Устранение образования miRNA у мышей путем экспериментального подавления Dicer привело к патологическим результатам, таким как уменьшение размера нейронов и двигательные аномалии при подавлении молчания в нейронах полосатого тела и нейродегенерация при подавлении молчания в нейронах переднего мозга . Некоторые исследования обнаруживают измененную экспрессию miRNA при болезни Альцгеймера , а также при шизофрении , биполярном расстройстве , большой депрессии и тревожных расстройствах .

Инсульт

По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, инсульт является одной из основных причин смерти и длительной инвалидности в Америке. 87% случаев связаны с ишемическим инсультом, который возникает в результате закупорки артерии головного мозга, по которой течет богатая кислородом кровь. Нарушение кровотока означает, что мозг не может получать необходимые питательные вещества, такие как кислород и глюкоза, и удалять отходы, такие как углекислый газ. miRNA играют роль в посттрансляционном молчании генов, воздействуя на гены в патогенезе церебральной ишемии, такие как воспалительный, ангиогенез и апоптотический путь. 

Алкоголизм

Жизненно важная роль miRNA в экспрессии генов важна для зависимости , в частности, от алкоголизма . Хроническое злоупотребление алкоголем приводит к стойким изменениям функции мозга, частично опосредованным изменениями экспрессии генов . miRNA глобальная регуляция многих нижестоящих генов считается значимой в отношении реорганизации или синаптических связей или долгосрочных нейронных адаптаций, включающих изменение поведения от потребления алкоголя к абстиненции и / или зависимости. Было обнаружено, что в посмертном мозге алкоголика изменено до 35 различных miRNA, все из которых нацелены на гены, которые включают регуляцию клеточного цикла , апоптоз , клеточную адгезию , развитие нервной системы и передачу сигналов клеток . Измененные уровни miRNA были обнаружены в медиальной префронтальной коре головного мозга алкоголезависимых мышей, что указывает на роль miRNA в управлении трансляционным дисбалансом и создании дифференциально экспрессируемых белков в той области мозга, где вероятно возникает сложное когнитивное поведение и принятие решений .

miRNA могут быть активированы или подавлены в ответ на хроническое употребление алкоголя. Экспрессия miR-206 увеличивалась в префронтальной коре головного мозга алкогольных крыс, воздействуя на нейротрофический фактор мозга ( BDNF ) фактора транскрипции и в конечном итоге снижая его экспрессию. BDNF играет критическую роль в формировании и созревании новых нейронов и синапсов, предполагая возможное участие в росте синапсов / синаптической пластичности у лиц, злоупотребляющих алкоголем. Было обнаружено, что miR-155, важный в регуляции вызванных алкоголем реакций нейровоспаления , активируется, что предполагает роль микроглии и воспалительных цитокинов в патофизиологии алкоголя. Подавление miR-382 было обнаружено в прилежащем ядре , структуре базального переднего мозга, которая играет важную роль в регулировании чувства вознаграждения, которое питает мотивационные привычки. miR-382 является мишенью для дофаминового рецептора D1 (DRD1), и его сверхэкспрессия приводит к усилению регуляции DRD1 и delta fosB , фактора транскрипции, который активирует серию событий транскрипции в прилежащем ядре, что в конечном итоге приводит к аддиктивному поведению. С другой стороны , с гиперэкспрессией микроРНК-382 в результате ослабленных питьевой и ингибирования DRD1 и дельта fosB повышающей регуляции в крысиных моделях алкоголизма, демонстрируя возможность использования микроРНКа-целевые лекарственных препаратов в лечении.

Ожирение

miRNAs играют решающую роль в регуляции дифференциации клеток- предшественников стволовых клеток в адипоциты . Исследования, чтобы определить, какую роль плюрипотентные стволовые клетки играют в адипогенезе , были изучены на иммортализованной линии стромальных клеток человеческого костного мозга hMSC-Tert20. Снижение экспрессии miR-155 , miR-221 и miR-222 было обнаружено во время адипогенного программирования как иммортализованных, так и первичных hMSC, что позволяет предположить, что они действуют как негативные регуляторы дифференцировки. Напротив, эктопическая экспрессия miRNA 155 , 221 и 222 значительно ингибировала адипогенез и подавляла индукцию главных регуляторов PPARγ и CCAAT / связывающего энхансера белка альфа ( CEBPA ). Это открывает путь к возможному лечению генетического ожирения.

Другой класс миРНК, регулирующих инсулинорезистентность , ожирение и диабет , — это семейство let-7 . Let-7 накапливается в тканях человека в процессе старения . Когда let-7 была эктопически сверхэкспрессирована, чтобы имитировать ускоренное старение, мыши становились инсулинорезистентными и, следовательно, более склонными к ожирению и диабету, вызванному диетой с высоким содержанием жиров . Напротив, когда let-7 ингибировалась инъекциями let-7-специфических антагомиров , мыши становятся более чувствительными к инсулину и заметно устойчивы к ожирению и диабету, вызванному диетой с высоким содержанием жиров. Подавление let-7 может не только предотвратить ожирение и диабет, но и обратить вспять и вылечить это состояние. Эти экспериментальные данные предполагают, что ингибирование let-7 может представлять собой новую терапию ожирения и диабета 2 типа.

Гемостаз

miRNA также играют решающую роль в регуляции сложных ферментативных каскадов, включая систему свертывания крови. Крупномасштабные исследования функционального нацеливания miRNA недавно обнаружили рациональные терапевтические мишени в системе гемостаза.

Некодирующие РНК

Когда в 1999 году в рамках проекта генома человека была нанесена на карту его первая хромосома , было предсказано, что геном будет содержать более 100 000 генов, кодирующих белок. Однако в конечном итоге было идентифицировано только около 20 000 человек. С тех пор появление биоинформатических подходов в сочетании с исследованиями разбиения генома, изучающими транскриптом, систематическим секвенированием библиотек полноразмерных кДНК и экспериментальной проверкой (включая создание антисмысловых олигонуклеотидов, полученных из микроРНК, называемых антагомирами ), показало, что многие транскрипты не кодируют белок. РНК, включая несколько snoRNA и miRNA.

Вирусы

Вирусные микроРНК играют важную роль в регуляции экспрессии генов вируса и / или генов хозяина, принося пользу вирусу. Следовательно, miRNAs играют ключевую роль во взаимодействиях вирус-хозяин и в патогенезе вирусных заболеваний. Считается, что экспрессия активаторов транскрипции ДНК вируса герпеса-6 человека регулируется вирусной miRNA.

Прогнозирование цели

miRNA могут связываться с транскриптами целевой матричной РНК (мРНК) генов, кодирующих белок, и отрицательно контролировать их трансляцию или вызывать деградацию мРНК. Ключевое значение имеет точное определение мишеней miRNA. Доступно сравнение прогнозирующей производительности восемнадцати алгоритмов in silico . Крупномасштабные исследования функционального нацеливания miRNA предполагают, что многие функциональные miRNA могут быть упущены с помощью алгоритмов прогнозирования мишеней.

Смотрите также

• Олигонуклеотиды против miRNA
• Экспрессия гена
• Список инструментов для прогнозирования генов miRNA
• Список инструментов для прогнозирования мишеней miRNA
• МикроДНК
• miR-324-5p
• РНК-интерференция
• Малая интерферирующая РНК
• МикроРНК, происходящая из малой ядрышковой РНК

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• База данных miRBase
• miRTarBase , экспериментально подтвержденная база данных взаимодействий микроРНК-мишень.
• semirna , Веб-приложение для поиска микроРНК в геноме растений.
• ONCO.IO : Интегративный ресурс по анализу микроРНК и факторов транскрипции при раке.
• MirOB : MicroRNA нацелена на базу данных и инструмент для анализа и обработки данных.
• База данных ChIPBase : база данных с открытым доступом для декодирования факторов транскрипции , которые участвовали в транскрипции микроРНК или влияли на нее, из данных ChIP-seq.
• Анимационный ролик о процессе биогенеза микроРНК .
• Реагенты для модуляции miRNA для активации или подавления функции эндогенной зрелой микроРНК

МикроРНК (аббревиатура: микроРНК или μ РНК ) представляют собой класс небольших  (ен) рибонуклеиновых кислот (РНК) , одноцепочечной , некодирующей и клеточно-специфической эукариотических . Они имеют среднюю длину 22 нуклеотида (от 21 до 24 в целом), что меньше, чем у других РНК .

MiRNA являются посттранскрипционными регуляторами, способными подавлять экспрессию гена  : их спаривание с целевой информационной РНК (мРНК) может приводить к ингибированию ее трансляции или к ее деградации в зависимости от степени комплементарности между последовательностью miRNA и этой последовательностью. его целевой мРНК. Поскольку они влияют на экспрессию многих генов, miRNA участвуют в большинстве биологических процессов. MiRNA участвуют во многих процессах, от развития до образования опухоли .

Человеческого генома будет содержать примерно 2000 генов в происхождении транскрипции микроРНК , которые будут ориентированы примерно 60% генов. Было продемонстрировано, что miRNA могут по-разному экспрессироваться от одной ткани или от одного типа клеток к другому; они в изобилии присутствуют в нескольких типах клеток человека .

Аберрантная экспрессия определенных miRNA связана с многочисленными патологиями; методы лечения, основанные на коррекции их обилия, в настоящее время изучаются.

Исторический

Первая miRNA, lin-4  (en) , была охарактеризована в начале 1990-х годов у нематоды Caenorhabditis elegans . Авторы этого исследования обнаружили, что эта малая РНК экспрессируется в конце первой стадии личиночного развития . Затем он связывается с мРНК белка LIN-14, ингибирует его синтез и тем самым индуцирует переход между первыми двумя личиночными фазами. lin-4 поэтому играет фундаментальную роль в контроле последовательности фаз развития.

Однако только в начале 2000-х и открытии let-7  (en) у C. elegans , а также др. MiRNAs у разных видов, посттранскрипционный регуляторный механизм с помощью miRNAs может быть установлен.

Биосинтез

Происхождение и эволюция

MiRNA хорошо законсервированы у эукариотических организмов и считаются предковыми и существенными компонентами регуляции экспрессии генов . Путь miRNA у животных и растений может иметь различное происхождение и возник независимо. Считается, что путь miRNA происходит от более древней системы — РНК-интерференции . Ферменты Dicer особенно ответственны за производство малых интерферирующих РНК (пРНК) из длинных двухцепочечных РНК. Этот процесс, описанный в растении, действует как противовирусная защита.

Ядерная обработка

MiRNA канонически транскрибируются с помощью РНК-полимеразы типа II в виде длинных предшественников петли, называемых первичными miRNA ( pri -miRNA) (Рисунок 1, слева) . Эти при-миРНК затем расщепляются гетеротримерным белковым комплексом, называемым «микропроцессором»  (en) , образованным, в частности, из молекулы рибонуклеазы Дроша  III (en) и двух молекул ее партнера DGCR8  (en) ( Di George синдром Критической области 8 — называется Паша у дрозофилы и нематод). Таким образом образуется промежуточный продукт, называемый предшественником миРНК ( пре- миРНК).

Некоторые miRNA не подвергаются лечению Drosha. В некоторых случаях пре-миРНК продуцируются сплайсосомой из интронов во время сплайсинга и затем называются «миРтронами» (рис. 1, справа) . В других случаях пре-миРНК продуцируются из тРНК или из малых ядрышковых РНК (мяРНК для малых ядрышковых РНК ).

Пре-миРНК имеет длину около 60 нуклеотидов и свернута в несовершенную стебель-петлю за счет комплементарности оснований между первой половиной и второй половиной ее последовательности.

Пре-миРНК активно транспортируются, в зависимости от GTP , из ядра в цитозоль с помощью экспортина 5  (en) .

Цитоплазматическое лечение

Пре-миРНК расщепляется ферментным комплексом, состоящим из члена семейства рибонуклеаз III Dicer и его белкового партнера TRBP (называемого у Drosophila локвативным). Белок Dicer распознает два нуклеотида 3′- когезионного конца, используя свои платформенные и белковые домены PAZ. Дайсер действует как линейка, измеряя 22 нуклеотида от 5 ‘или 3’ конца, тем самым определяя сайт расщепления пре-миРНК. Пре-миРНК с относительно нестабильным 5 ‘концом (несовпадения, пары G — U или A -U) помещаются в 5’ карман платформенного домена Дайсера. Затем сайт расщепления определяется с 5 ‘конца, это называется правилом подсчета 5′ . Когда 5′-конец стабилен (пара G- C ), это 3′-конец пре-miRNA, который взаимодействует с 3′-карманом Dicer, расположенным в домене PAZ; в этом случае сайт расщепления расположен в 22 нуклеотидах от 3 ‘конца (правило счета 3’). Дайсер позволяет гидролиз петлевой структуры пре-миРНК и высвобождает зрелую миРНК с 3 ‘когезионными концами, называемую «дуплексная миРНК / миРНК * (читай звездчатая миРНК )» — или миРНК (дб для двухцепочечной) — с направляющая прядь и проходная прядь (рисунок 1) .

Существует по крайней мере одно исключение из созревания miRNAs с помощью Dicer, такое как miR-451  (en) , специфическая miRNA позвоночных, участвующая в эритропоэзе . В данном случае это белок AGO2 (из семейства Argonaute), который расщепляет структуру «стебель-петля» в середине 3′-плеча. Затем рибонуклеаза ( PARN ) разрезает в направлении от 3 ‘до 5’ с образованием направляющей цепи miR-451.

Способ действия

Одна нить дуплекса миРНК / микроРНК * взаимодействует с белком семейства Argonaute (AGO1 4) для формирования комплекса «RISC» ( R NA- я nduced с ilencing с омплекс ) иногда называют «miRISC» (рисунок 3) . Белки семейства Argonaute имеют домен PAZ и домен PIWI. У млекопитающих miRNAs, по-видимому, загружаются безразлично одним из четырех членов семейства Ago. Это не так у мух, где есть только два Ago и где miRNAs преимущественно ориентированы в сторону AGO1.

Комплекс RISC, имеющий приблизительно 160 кДа, был описан как достаточный для подавления активности генов miRNA, однако другие белки, такие как геминин, могут объединяться с ним, образуя комплексы до 550 кДа . Комплекс RISC связывается с другими партнерами, такими как белки семейства GW182, которые, в свою очередь, привлекают другие эффекторы, участвующие, в частности, в разрушении поли (A) -хвоста, устранении 5′-кэпа или вмешательстве в инициацию трансляции. целевой мРНК.

Во время образования miRISC происходит изменение ds miRNA на miRNA (sb = одноцепочечный). Выбор цепи, связанной с miRISC, осуществляется в соответствии с двумя основными правилами, при этом обычно основной путь может сосуществовать с второстепенным путем. Внутри белка Ago домен MID играет центральную роль во взаимодействии с 5′-концом направляющей цепи. Выбор цепи Ago основан на нестабильности 5′-конца miRNA, что делает ее более доступной для домена MID белка. С другой стороны, Ago способствует присутствию нуклеотида A или U на 5′-конце. Как только miRNA загружена, белок AGO представляет нуклеотиды 2-8 направляющей цепи по направлению к внешней стороне молекулы.

Затем целевая мРНК загружается в комплекс miRISC в соответствии с правилом комплементарности оснований с miRNA. Однако гибридизация miRNA с их мишенью предпочтительно определяется ограниченной областью miRNA, простирающейся от нуклеотидов 2 до 7 и называемой «затравкой» (фиг. 2) . МикроРНК может быть нацелена на несколько сайтов на одной и той же мРНК или на несколько целевых мРНК, имеющих сходную последовательность распознавания, называемую элементом ответа на miРНК (MRE, для м- IRNA R esponse E Elements e ) (Рисунок 2) . У многоклеточных животных сайт гибридизации преимущественно расположен в 3′-нетранслируемой области (3’UTR) .

Тогда возможны два пути «  сайленсинга  » : либо эндонуклеолитическое расщепление целевой мРНК, если важна комплементарность с миРНК, либо репрессия трансляции, связанная с экзонуклеолитической деградацией мРНК, в случае, когда комплементарность между миРНК и мРНК несовершенный (рисунок 3) . Однако деградация мРНК, по-видимому, доминирует над ингибированием трансляции.

В растениях

Есть некоторые различия между биосинтезом и механизмом действия miRNAs у растений и у многоклеточных . В растениях количество miRNA было бы более ограниченным, и не было бы промежуточных продуктов pri-miRNA (рисунок 4) . Образование дуплекса miRNA / miRNA * с помощью DCL1  (en) ( Dicer-like 1 , гомолог Dicer) происходит в ядре  ; зрелый дуплекс затем транспортируется в цитоплазму с помощью экспортина HASTY. Кроме того, посттранскрипционная репрессия обычно включает идеальную или почти идеальную гибридизацию между miRNA и ее целевой мРНК, она вызывает расщепление мРНК в середине сайта гибридизации miRNA. Наконец, у растений, если сайт гибридизации с miRNA можно найти в области 3’UTR мРНК, он чаще всего находится в кодирующей последовательности .

В некоторых случаях, как и в моховых Physcomitrella patens , накопление микроРНК дуплекс: РНК — мишени , могут участвовать в образовании комплекса под названием «РИЦ»  (В) ( R NA-индуцированной я nitiation из T ranscriptional гена сек ilencing ) , который, связывание непосредственно с ДНК должно вызывать ее метилирование, приводящее к «исчезновению» мишеней miRNA. Не исключено, что такой процесс существует у животных .

Нормативно-правовые акты

MiRNA регулируются транскрипцией, как гены, кодирующие белки. Миртроны, в свою очередь, регулируются транскрипцией так же, как их гены-хозяева.

Функции

MiRNA участвуют в большом количестве важных физиологических функций, таких как:

• рост и дифференциация клеток ,

• апоптоз ,

• обмен веществ ,

Обучение и память

Контекст

Долговременная память зависит от экспрессии гена , белка и структурных модификаций нейронов . Кроме того, в его основе лежат механизмы синаптической пластичности на уровне небольшого числа синапсов, специально участвующих в модификации запоминаемого поведения . Экспрессия гена вызвана формированием долговременной памяти, происходящей на ядерном уровне , возникает вопрос, транспортируется ли продукт экспрессии гена в несколько синапсов, участвующих в запоминаемом поведении, или он распределяется однородно. в нейроне, а затем переводится локально. Это основные вопросы в изучении биологии памяти. Локальная трансляция мРНК, расположенных на уровне аксонов и дендритов , и зависящая от нейрональной активности, позволила бы локально усилить синаптическую эффективность и, таким образом, создать «след» обучения и сохранить его в памяти.

Считается, что miRNA играют центральную роль в этом процессе. МРНК будут экспрессироваться и распределяться однородным образом во всех нейронах, но «заблокированы» ( заблокированы ) miRNAs и комплексом RISC . Во время определенной активности на уровне синапса комплекс RISC будет выделять мРНК, которые затем транслируются локально. Транслируемые таким образом белки будут участвовать в модуляции синаптической эффективности и позволят формировать локальный след памяти. Некоторые процессы могут приводить к локальной модуляции синтеза белка: созревание определенных miRNA, высвобождение заблокированных мРНК или даже деградация определенных miRNA.

Вовлечение комплекса RISC

Первая команда , которая задействована RISC комплекс в формировании долговременной памяти используется классический кондиционер в уксусе лета . В этой модели запоминания мухи учатся ассоциировать запах (условный раздражитель) с легким электрошоком (безусловный раздражитель). Когда мухи подвергаются воздействию этого запаха, они будут стремиться уйти от него, и можно будет оценить их память, проанализировав их поведение . Одним из преимуществ обонятельной системы является то, что каждый запах активирует определенные области антеннальных долей в них (что эквивалентно обонятельным луковицам у млекопитающих).

Авторы исследования продемонстрировали, что протокол, индуцирующий долговременную память, стимулировал транспорт мРНК от CaMKII , белка, важного для памяти, к дендритам и индуцировал локальный синтез белка . Область 3′-UTR CaMKII, а также компоненты (тяжелая цепь кинезина , Staufen ) механизма транспорта мРНК содержат сайты-мишени miRNA (miR-280, miR-289 и miR-305  (in) ). Обонятельное обучение вызывает деградацию компонента, связанного с комплексом RISC — Armitage, ортолога Mov10l1  (en) у позвоночных — протеасомой , особенно в областях, активируемых изученным запахом. Эта деградация Armitage дестабилизирует RISC-комплекс, высвобождая мРНК, которые он блокирует, обеспечивая их трансляцию и участвуя в формировании долгосрочного следа обучения в сетях антенной доли в форме модификации синаптической эффективности.

В результате этого исследования остается ряд вопросов. В самом деле, авторы не вмешиваются (путем инактивации или сверхэкспрессии) в идентифицированные miRNAs, которые, если они теоретически могут связываться с областью 3’UTR CaMKII, не предполагают, что они действительно обладают репрессивным действием в физиологических условиях. Более того, белок Armitage участвует в физиологии другого типа РНК, РНК, взаимодействующих с Piwi ( piRNA ), предполагая, что другой тип РНК может участвовать в процессе обучения и запоминания.

Вовлечение комплекса transline / trax

Совсем недавно был описан другой механизм. Комплекс transline  (en) / trax  (en) может быть задействован активированными синапсами и участвовать в деградации miRNA, тем самым локально высвобождая экспрессию белка. Связывания РНК сродство к translin модулируется с помощью фосфорилирования, что позволяет ему связываться с мРНК мишеней, кроме того, он связывается с актином позволяя ему перемещаться вдоль цитоскелета . В гиппокампе после обучения транслинация перемещается в синаптическое пространство (собственно синаптосомы  (in) ). Комплекс transline / trax, обладающий эндонуклеолитической активностью, благодаря trax, будет разрушать несколько miRNA, включая let-7c  (en) , miR-125b и miR-128. Все эти miRNA участвуют в ингибировании экспрессии рецептора активина  ( ACVR1C (en) ), их деградация высвобождает трансляцию этого рецептора и, таким образом, способствует усилению синаптической эффективности в связи с долгосрочным запоминанием.

Специфические миРНК

Несколько miRNA были более специфически вовлечены в хранение, такие как miR-124  (en) , miR-128b, miR-132  (en) , miR-134  (en) , miR-181a  (en) или miR-182.

МиР-124

MiR-124 — первая miRNA, которая участвует в процессе синаптической пластичности, связанной с обучением и запоминанием. Это эволюционно высококонсервативная миРНК , наиболее распространенная в центральной нервной системе и изначально известная своей ролью в дифференцировке нейронов. Команда P ^Dr. Eric Кандель изучает то форму синаптической пластичности , известной как сенсибилизации в моллюска, на морского зайца . Во время этого явления, то рефлекс отвод из жабр , во время нейтрального сенсорного стимула на сифоне , усиливают с помощью предыдущего ноцицептивного стимула на другую часть тела. Этот стимул приводит к высвобождению серотонина , нейромедиатора , на сенсорных нейронах, тем самым усиливая их реакцию.

Команда на Р ^{д — р} Кандель показала , что повторное применение серотонина вызывало быстрое уменьшение обилия MIR-124 в сенсорных нейронах. Это MAPK- зависимое снижение высвобождает экспрессию белка CREB1 , фактора транскрипции, который играет центральную роль в формировании долговременной памяти. Затем CREB1 индуцирует экспрессию непосредственных ранних генов  (en), участвующих в нейрональных изменениях, поддерживающих запоминание. Авт. Пришли к выводу, что miR-124 является одним из многих «замков», которые необходимо снять при формировании долговременной памяти, и что это очень регулируемый механизм.

MiR-181a, местное созревание и зависит от активности нейронов

В 2017 г.Команда D ^г Erin Шуман  (в) — нейробиологе специализирующаяся на местном синтезе белков и в настоящее время директор Института Макса Планка по изучению мозга — опубликовано в журнале Science исследование показывает , что микроРНК может контролировать экспрессию белка в одном синапсе.

Авт.  Впервые продемонстрировали, что предшественник miR-181a (en) (pre-miR-181a) сильно экспрессируется в дендритах нейронов в области CA1 гиппокампа , области мозга, играющей центральную роль в формировании памяти . Используя флуоресцентный зонд, позволяющий визуализировать расщепление пре-miRNA на зрелую miRNA, они показали, что нейрональная активность в форме потенциалов действия индуцирует созревание miR-181a. Это созревание осуществлялось Дайсером, активность которого стимулировалась увеличением внутриклеточной концентрации через глутаматные рецепторы типа NMDA . Используя другую технику, называемую нейротрансмиттерами «в клетке», авторы высвобождали глутамат путем фотостимуляции в непосредственной близости от одного синапса, чтобы активировать только этот. Таким образом, они продемонстрировали, что miR-181a созревает только в этом синапсе и что она ингибирует экспрессию CaMKII только в этом синапсе. Этот механизм, таким образом, позволит контролировать экспрессию генов на уровне каждого синапса индивидуально и, таким образом, участвовать в механизмах локальной синаптической пластичности , связанных с формированием памяти.
 

Спорный

Было высказано предположение, что миРНК, полученные из пищи, такой как рис, могут быть обнаружены в организме хозяина и влияют на его метаболизм, поэтому их можно рассматривать как новый класс питательных микроэлементов, таких как витамины , фитогормоны и другие фитонутриенты . Однако это может показаться неожиданным, поскольку нуклеиновые кислоты обычно гидролизуются до нуклеотидов (моно, ди и три) нуклеазами поджелудочной железы . Ферменты щеточной каймы (нуклеозидазы и фосфатазы ), в свою очередь, гидролизуют нуклеотиды до азотистых оснований и пентоз, прежде чем последние проникнут в энтероциты, подавляя таким образом последовательность miRNA и тем самым их информативный характер. Гипотеза впоследствии была опровергнута, первое исследование сначала оспаривало воспроизводимость результатов, а затем второе продемонстрировало, что использование инструментов секвенирования нового поколения , чрезвычайно чувствительных, обнаружило только заражение образцов от хозяина миРНК растений.

Это противоречие могло бы показаться анекдотическим, если бы оно не отражало основные проблемы научных исследований в настоящее время. Существует , прежде всего, необходимость воспроизводимости из экспериментов , то необходимо установить соответствующие контрольные группы . Более того, это подпитывает дискуссию, которая долгое время волновала биологию эволюции и которая может быть сведена к «противостоянию» теорий Чарльза Дарвина и Жана-Батиста де Ламарка . Короче говоря, одна из проблем заключается в том, чтобы определить влияние, которое окружающая среда («внешние обстоятельства») может оказывать на генетическое наследие, для регистрации в нем и в какой степени это влияние может передаваться от одного поколения к другому ». Другие. Дискуссия возобновляется неоднократно из-за идеологий, таких как Lysenkism , или по случаю новых открытий, таких как недавнее развитие эпигенетики , в которой участвуют miRNAs.

Другие роли

Митохондриальный

Центральная роль митохондрий в метаболизме клеток означает, что они подвержены тонкой и реактивной регуляции. Гены, важные для функции митохондрий и расположенные в ядре , являются мишенью регуляции miRNA, в частности miR-210  ( fr ) . Другие связи между miRNA и митохондриями были предложены открытием miRNA, расположенных в митохондриях и названных «mitomiR», а также присутствием белка AGO2. Неожиданно было продемонстрировано, что miR-1  (en) во время дифференцировки мышечных клеток проникает в митохондрии, где стимулирует трансляцию митохондриальных генов, вместо того, чтобы репрессировать ее, как мы ожидали от miRNA. Несколько других исследований подтвердили присутствие miRNA в митохондриях, а также присутствие компонентов комплекса RISC, и, таким образом, подтверждают идею о том, что mitomiR влияют на метаболизм митохондрий и имеют потенциальное патофизиологическое воздействие. Поэтому была предложена возможность использования регуляции экспрессии miRNA для прямой модуляции гомеостаза и функции митохондрий, и в этом направлении был подан патент.

Популярный

Несколько команд изучали влияние miRNA на функционирование вирусов . В самом деле, определенные miRNA клеток-хозяев могли бы быть способны нацеливаться на вирусные РНК, придавая miRNA антивирусную роль, или, наоборот, позволяли бы вирусу накапливаться в клетке. Эта ситуация была описана , в частности , для MIR-122 , который специфически экспрессируется в печени , это будет способствовать репликации РНК из гепатита В и С вирусами .

Патологии

Bilharzia

В шистосомозных являются червь паразит вызывает заболевание под названием шистосомоз или шистосомоз . Шистосомные инфекции носят хронический характер и могут длиться десятилетиями, что свидетельствует о том, что паразит изменяет иммунную систему своего хозяина, так что он не уничтожается.

Недавнее исследование показывает, что Schistosoma japonicum , один из пяти патогенных видов , будет использовать miRNA для отклонения иммунного ответа своего хозяина и, таким образом, облегчения его выживания в своем хозяине. Авторы этого исследования показали, что S. japonicum высвобождает внеклеточные везикулы  (en), содержащие miRNA, в основном miR-125b и bantam. Их результаты предполагают, что miRNA интернализуются периферическими иммунными клетками, макрофагами . После интернализации эти miRNA будут модифицировать экспрессию многих генов в организме хозяина и тем самым увеличивать пролиферацию макрофагов, а также продукцию TNF-α . Авторы предполагают, что эти механизмы позволяют S. japonicum изменять иммунную систему хозяина, и демонстрируют, что уменьшение количества моноцитов, а также TNF-α — путем инъекции клодроната — снижает бремя шистосом и образование гранулем печени.

Хотя гипотеза авторов привлекательна, до недавнего времени сохранялись споры относительно функциональной роли передачи miRNA внеклеточными пузырьками. Действительно, количество передаваемых miRNA настолько низкое, что они не могут иметь физиологического действия, хотя они обнаруживаются чрезвычайно чувствительными методами секвенирования нового поколения .

Сердечный

Некоторые микро-РНК многочисленны ( miR-1  (en) , miR-133a , miR-499) или экспрессируются специфически в мышцах и, в частности, в сердце ( miR-208a  (en) ). Возникновение инфаркта миокарда приведет к их выбросу в кровоток во время гибели клеток  ; поэтому их количественная оценка может использоваться в качестве раннего плазменного маркера начала инфаркта.

Нервной системы

Несколько нейродегенеративных заболеваний ( болезнь Альцгеймера , Паркинсона , Хантингтона болезнь ) связаны с изменениями в численности некоторых специфических микроРНК ( микроРНК-34  (ен) , микроРНК-124  (ен) и микроРНК-132  (ен) ).

Болезнь Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера — самая частая причина деменции у пожилых людей. Это прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся, в частности, на ранней стадии потерей памяти , когнитивным и интеллектуальным дефицитом. На клеточном уровне заболевание характеризуется потерей нейронов , внеклеточным накоплением β-амилоидного пептида и внутриклеточным накоплением тау-белка, который может нарушать нормальное функционирование нейронов, в частности синаптическую пластичность .

Изобилие miR-132 сильно снижено в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, а точнее в структурах, участвующих в запоминании, таких как гиппокамп , префронтальная и височная кора и мозжечок . MiR-132 будет регулировать многие гены ( MeCP2  (en) , SIRT1 ), участвующие в молекулярных механизмах обучения и запоминания , поэтому его дерегуляция может объяснить часть дефицита, связанного с болезнью Альцгеймера.

MiR-124 — еще одна миРНК, количество которой снижено у пациентов с этим заболеванием. Эта miRNA д. Поддерживать идентичность нейронов и синаптическую пластичность, поддерживающую долгосрочную память (см. Выше), ее дерегуляция будет иметь вредные последствия для этих механизмов.

Экспрессия miR-181a значительно увеличена в гиппокампе мышей «3xTg-AD», мышиной модели болезни Альцгеймера. Это увеличение связанно с уменьшением экспрессии белков , ассоциированных с синаптической пластичностью ( GluA1  (о) и GluA2  (о) субъединицей из АМРА , PSD95  (о) и Transline  (о) рецепторов ). Однако ингибирование miR-181a способно восстановить экспрессию GluA1 и GluA2 и улучшить производительность пространственной памяти в тесте местоположения объекта.

Список основных миРНК, участвующих в болезни Альцгеймера

миРНК	Регулирование	Причины	Цели	Функции	Рекомендации
miR-132	↓	? (CREB, ОТДЫХ)	MeCP2, SIRT1	Выживание нейронов, синаптическая пластичность, память и обучение
miR-124	↓	? (КАРТА, ОТДЫХ)	PTBT1, Cdc42, Rac1, Zif268, Glu2A	Поддержание нейрональной идентичности, синаптической пластичности
miR-34	↑	p53, SIRT1	VAMP2, Notch1, mGluR7, ARC, синаптотагмин, синтаксин	Нейронная активность, память и обучение
miR-181a	↑	Transline	GluA1 и GluA2	Синаптическая пластичность, память и обучение

Некоторые циркулирующие miRNA ( miR-9  (en) , miR-125b, miR-146  (en) , miR-181c  (en) , let-7g-5p  (en) и miR-191-5p  (en) ) могут быть используется в качестве ранних биомаркеров болезни Альцгеймера. Эти миРНК находятся в свободной форме в жидкостях или инкапсулированы в экзосомы .

болезнь Паркинсона

Циркулирующие миРНК также могут использоваться в качестве биомаркеров болезни Паркинсона .

Опухоли

Мутация или нарушение регуляции определенных miRNA, по-видимому, прямо или косвенно является причиной большого количества опухолей . Те, кто непосредственно вызывает механизм инициации рака , называются «онкомириями»  (in) . Та же самая miRNA, такая как miR-22 , по-видимому, иногда может быть онкогенной, а иногда, наоборот, способствовать подавлению опухоли. Многие miRNA постоянно нарушают регуляцию в солидных опухолях. Например, в опухолях печени часто наблюдается избыточная экспрессия miR-21 и недостаточная экспрессия miR-122 . Кроме того, существует нарушение регуляции экспрессии miRNA, связанное с факторами риска гепатоцеллюлярной карциномы .

Определенные типы микроРНК также присутствуют в плазме крови , такие как MIR-92а  (ен) , и может быть хорошими биомаркеры для лейкемии .

Следовательно, по-видимому, существуют специфические пути канцерогенеза для miRNA, которые затем будут действовать как факторы риска; это указывает на весь интерес miRNA как диагностических, прогностических или даже терапевтических маркеров.

Исследование показывает, что рак центральной нервной системы , в частности глиобластомы , можно диагностировать на ранней стадии путем анализа микроРНК, содержащихся в моче пациентов. Команда исследователей разработала легко промышленное устройство, состоящее из сотен миллионов нановолокон оксида цинка , которое собирает микроРНК в достаточных количествах.

Вирусный онкогенез

Похоже, что некоторые ретровирусы, обладающие онкогенными свойствами, имеют в своем геноме миРНК. Эти миРНК после их транскрипции могут участвовать в репрессии вирусных РНК и / или РНК клетки-хозяина и, таким образом, участвовать в прогрессии опухоли. Таким образом, проблема будет заключаться в том, чтобы лучше идентифицировать гены, на которые нацелены эти miRNA, чтобы лучше понять их роль и последствия их дерегуляции в процессе онкогенеза.

Терапевтические мишени

Определенное количество ингибиторов миРНК находится в стадии разработки, они по существу представляют собой короткие цепи РНК, антисмысловые олигонуклеотиды, называемые «  антагомирами  », присоединяющиеся посредством комплементарности к части микроРНК-мишени. Вектор, который позволил бы их введение, был бы непатогенным вирусом, который вводил бы нуклеотидную последовательность в клетку.

Введение miRNA в терапевтических целях непросто, потому что они разлагаются до того, как достигают своей цели. Использование блокированных нуклеиновых кислот — конформационных аналогов нуклеотидов, но относительно более устойчивых к нуклеазам — может быть использовано при разработке терапевтических решений на основе миРНК.

Таким образом, проводятся испытания для лечения гепатита С и синдрома Альпорта .

Примечания и ссылки

Смотрите также

Библиография

• Кэролайн Хартманн, Фабьен Корре-Менгуи, Аднан Буалем, Мариана Йованович и Кристин Леландайс-Бриер, «МикроРНК — новый класс регуляторов экспрессии генов», Med Sci (Paris) , 2004, 20, 894–898 ( читать онлайн , доступно 16 марта 2020 г.).
• (en) Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П., Молекулярная биология клетки , 5-е издание, Garland Science, Нью-Йорк, 2007, стр.  493-495 ( ISBN  978-0815341055 ) .

Статьи по Теме

Внешние ссылки

• Веб-сайт исследовательской группы CNRS «Системное влияние малых регуляторных РНК» в IGH — UMR9002
• (in) Анимация, объясняющая, как вмешательство РНК
• (ru) Сайт лаборатории Виктора Амброса в Медицинской школе УМАСС
• (ru) Сайт лаборатории Дэвида Бартеля в Массачусетском технологическом институте
• (ru) Сайт лаборатории Томаса Тушля в Рокфеллеровском университете
• (ru) База данных miRBase