小RNA世界概览 四川大学生命科学院2002博罗 霞导师 杨志荣 教授一、小RNA的发现 二、小RNA的产生 三、RDE-1/Argonaute在miRNA成熟中的作用 四、小RNA的存在 五、小RNA的表达1. miRNA被暂时调整2. miRNA基因成串排列共表达 六、小RNA的功能 七、小RNA调控表达的特点 八、结语一.小RNA的发现l1. stRNA （small temporal RNAs ）： 具有22个核苷酸的小RNA。l2. siRNA (small intermediate RNAs ) : 具有2125个核苷酸的小RNA。l3. miRNA (microRNAs )二.小RNA的产生miRNAs被推测由繁殖环和部分双链的原体加工而来，就象stRNAs的原体。更多的miRNAs是从它的原体的茎环3端被加工而不是5端，stRNAs也是如此。一种原体能从两条链产生miRNAs，就象siRNAs经由dsRNA加工产生时，能以前体的双链产生一样，但多数时候只有一条链是稳定的。三. RDE-1/Argonaute在miRNA成熟中的作用在线虫中，Argonaute orthologs对let-7 和lin-4 的形成和功能是必须的，RDE-1和Arabidopsis Ago1对RNAi也是如此。基因组的序列表明有24种线虫 RDE-1/Argonaute基因,7种在Arabidopsis中,4种在Drosophila中，另有4种在人类中。这些RDE-1/Argonautes的区别可能在于产生miRNAs基因的独特性。四.小RNA的存在大约12%的 miRNAs 存在于线虫、苍蝇和哺乳动物中，但是90%多的线虫 miRNAs 存在于90%的完整的Caenorhabditis briggsae 序列中。比较基因组序列，发现在这些片段中，只有一至两个错配能被忍受。但是，一种新的 miRNAs，mir-84，与let-7 有5nt的区别，其功能类似于let-7，存在于苍蝇和人类的基因中。这样的片段只能在少数miRNAs序列中被发现。五.小RNA的表达miRNA被暂时调整许多Drosophila和线虫的miRNAs仅在种系或早期胚胎中表 达，包含了很多翻译调控。这些miRNAs的标准表达模式暗示 了其在控制生物或机体发展中的功能。然而，一些miRNAs以 相同的方式表达，显示了它们在基因调节中的更普遍的作用 。虽然在研究miRNAs表达时，还没发现可能的特殊细胞上的 功能。五.小RNA的表达miRNA基因成串排列共表达某些miRNA基因成串排列，比如已观察到的人类的let-7 orthologs。目前发现，在线虫和Drosophila的种系和早期胚胎中这些被研究的成串排列的基因是共表达的。事实上， 7个紧密联系的线虫 miRNA基因仅在种系和早期胚胎中表达，它们在1kb的长度内紧紧连在一起，而只有同时加工这7个miRNA形成共同的前体才能表达。六.小RNA的功能及其研究方法l1.控制其他mRNAs的翻译和稳定性。 l2.调控靶基因的转录和mRNA的稳定性 l3. miRNA功能的研究方法控制其他mRNAs的翻译和稳定性通过对let-7 和lin-4 突变抑制的遗传分析，我们研 究了let-7 和lin-4 的靶基因。这些靶mRNAs补充在let-7和 lin-4 RNAs中，但很难通过测定它们的环结构来确定它们的基因组序列。这些补充位点的重要作用已被证明通过突 变调节RNA的无应答。在Drosophila 以及线虫的种系和早期 胚胎中，一些 mRNAs3端非翻译调节区已被证实。对这些 3端非翻译补充区的研究能揭示潜在的靶基因和遗传途径 。如果抑制线虫dcr-1基因，会导致胚胎的致死和不育。返回调控靶基因的转录和mRNA的稳定性曾经有人推测证明局限于神经元的树突的mRNA翻译调控过程能调节突触的粘性。目前已经证实3非翻译序列区介导钙调素蛋白激活酶的翻译控制，因此探索miRNA是否存在有顺式作用互补序列将非常有趣。因为植物中的siRNA能调控靶基因的转录和mRNA的稳定性，因此推测miRNA也具有此功能。返回miRNA功能的研究方法最具权威性的决定新的miRNA功能的实验是从这些基因中分离突变部分。目前，还没对线虫和Drosoham miRNA的遗传位点进行分子水平的定位。基因敲除、RNA干扰、增加基因剂量、基因错误表达等方法都可用于研究这些miRNA的功能.返回七.小RNA调控表达的特点l一个70nt的miRNA表达比一个1-1000Kb长的蛋白质编码前转录体更加迅速,并且其翻译不会被推迟。在线虫和Drosphioe的胚胎发育的短细胞周期过程中，一个miRNA基因的转录串通过翻译调控触发以有的模板mRNA的翻译突变。在标志最近激活的磷酸化作用衰减之前,在突触传递信息之后, miRNA的表达可能调控局限在树突内的mRNA的翻译。 l22nt的siRNA在mRNA非活性区仍具有活性。植物和线虫的 siRNA在非活性区仍能进行扩增. miRNA和siRNA具有相同的加 工和调控机制. miRNA可以从原体扩增出,从一个单一的表达源遍部整个机体。现在许多miRNA已经被鉴定, 在海拉细胞中每100个miRNA中就有30个let-7, 当这些新的生化产物偏向于丰富的miRNA时，分离的特殊的miRNA揭示了丰富的小RNA世界。另一方面，一旦miRNA被孤立,其表达水平会被降低。许多miRNA是从混合阶段的RNA标本中分离得到，通过生化方法从经过挑选过的细胞类型或精细分级标本中采集的miRNA有可能揭示在特定的细胞和特定的时间可能出现稀有的miRNA,但是检测在特殊细胞类型或特殊条件下被表达的miRNA需要以现在研究获得的miRNA的信息为基础。事实上，小RNA世界的基因数量是很大的,在每个基因组中具有成百上千个。小RNA基因就像天文学上黑洞,都在我们身边却没有被检测到,直到第一次对线虫进行遗传学分析。下一步，我们将继续研究这些调控RNA扩增和系统延伸的原理。