翻译MicroRNA对信号转导的调控
RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制

RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制随着分子生物学的发展,人们对RNA的研究也变得越来越深入。
RNA分子在细胞中发挥着重要的生物学功能,包括转录、翻译和调控等方面。
其中,RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制是近年来备受关注的研究热点之一。
RNA干扰是指短链RNA分子通过与靶基因的mRNA结合,引发RNA分解或抑制翻译的作用,从而达到基因沉默的效果。
RNA 干扰技术的出现极大地促进了基因功能研究的发展,尤其是基因调控领域。
RNA干扰技术可用于探究基因的生物学功能,如基因调控、细胞增殖和分化等过程,也可用于治疗疾病,如癌症、呼吸系统疾病等。
RNA介导的基因沉默机制是一种生物学现象,由一类小分子RNA分子调控。
这些RNA分子被称为microRNA(miRNA)和small interfering RNA(siRNA)。
miRNA和siRNA可以在细胞中通过与靶基因mRNA结合形成RNA-蛋白复合体,从而导致基因沉默。
miRNA通常通过降解靶mRNA或抑制其翻译,而siRNA 只是通过破坏靶mRNA标的完整性,达到抑制其翻译的效果。
在RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制中,核心的分子是RNA分子。
RNA分子的结构和功能极其复杂,其正常的生物学功能至关重要。
RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制在生物学领域的发现,不仅深化了我们对RNA分子的认识,同时为疾病治疗和新药研发提供了新的思路和途径。
除RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制外,还有一些其他类型的RNA介导的基因调控,如piwi-interacting RNA(piRNA)、long no-coding RNA(lncRNA)等。
piRNA是一类在生殖细胞中表达的长链RNA,可保护基因组免受转座子和逆转录病毒的攻击。
lncRNA是一类长度超过200nt的RNA分子,其调控机制复杂多样,参与转录调控、翻译调控、信号转导等各方面。
总的来说,RNA干扰和RNA介导的基因沉默机制以其独特的作用方式和调控范围而备受关注。
微小RNA对基因表达调控机制影响

微小RNA对基因表达调控机制影响微小RNA(miRNA)是一类长约20-22个核苷酸的非编码RNA分子,能够在转录后调节基因的表达。
通过与靶基因的3'非翻译区(3' UTR)结合,miRNA可以引发mRNA降解或翻译抑制,从而对基因表达产生调控作用。
在细胞内,miRNA参与调节多个生物学过程,包括细胞增殖、分化、凋亡、免疫应答等。
miRNA的表达量和多样性在不同组织和不同发育阶段有所差异。
通过高通量测序技术的发展,研究者们已经发现了大量miRNA,并且在人类基因组中预测到了数千个miRNA靶基因。
这些靶基因涉及到多个基本的生物学过程,包括细胞周期、转录、蛋白质合成等。
miRNA的调控机制在许多生理和病理状态下都发挥重要作用。
研究显示,miRNA的表达失调与多种疾病的发生和发展密切相关,包括癌症、心血管疾病、免疫性疾病等。
有些miRNA被认为是肿瘤抑制子或促进基因的表达,它们的失调与肿瘤的发生和进展密切相关。
因此,研究miRNA对基因表达的调控机制,对深入了解和治疗相关疾病具有重要意义。
miRNA通过与mRNA的互补结合,引发以下两种主要的调控机制:mRNA降解和翻译抑制。
miRNA的互补结合位点通常位于mRNA的3' UTR上,与互补碱基对形成双链结构。
这种结合可以被RNA诱导的靶序列降解(RNA-induced Silencing Complex, RISC)的核酸内切酶作用引发mRNA的降解。
另一种情况是,miRNA与RISC结合后通过与靶mRNA结合,阻断翻译复合物的形成,从而抑制mRNA的翻译。
miRNA的调控机制还受到许多因素的调节。
首先,miRNA的合成需要经历多个步骤。
在细胞核中,miRNA 的前体表达物(pre-miRNA)由RNA聚合酶II合成,并由RNase III家族的Drosha酶剪切为约70nt的miRNA前体。
随后,miRNA前体通过核移运蛋白Exportin 5的介导转运到细胞质中,在那里由Dicer酶进一步剪切为成熟的miRNA双链。
miRNA和其他非编码RNA可以通过介导蛋白质翻译后修饰来影响蛋白质表达

miRNA和其他非编码RNA可以通过介导蛋白质翻译后修饰来影响蛋白质表达miRNA和其他非编码RNA通过介导蛋白质翻译后修饰来影响蛋白质表达miRNA(microRNA)是一类长度约为22个核苷酸的非编码RNA分子,它们能够在转录后水平负调控基因表达。
除了miRNA外,还存在其他一些非编码RNA,如长链非编码RNA(lncRNA)和环RNA (circRNA),它们也在基因调控中发挥着重要的作用。
蛋白质是生物体内各种功能的重要执行者,而miRNA和其他非编码RNA则可以通过不同的机制来调控蛋白质表达。
一种重要的机制是通过介导蛋白质翻译后的修饰来影响蛋白质的功能和稳定性。
首先,miRNA和其他非编码RNA可以通过靶向调控翻译后修饰酶的表达,从而影响蛋白质的翻译后修饰过程。
翻译后修饰是指在蛋白质合成完成后,通过添加化学基团或者修饰分子来改变蛋白质的功能和稳定性。
miRNA和其他非编码RNA可以通过与特定的修饰酶结合,抑制或促进其表达,从而调控蛋白质的修饰水平。
例如,miR-122是人体肝脏中最富集的miRNA之一,它可以靶向调控胆汁酸合成的关键酶,从而影响胆汁酸的合成和代谢过程。
其次,miRNA和其他非编码RNA还可以通过干扰蛋白质修饰酶的结构和功能来影响蛋白质的翻译后修饰过程。
蛋白质修饰酶是介导蛋白质修饰的关键因子,miRNA和其他非编码RNA可以与这些修饰酶结合,从而改变其活性和亚细胞定位,进而影响蛋白质的修饰过程。
例如,研究表明,miR-21可以靶向调控PTEN蛋白质修饰酶的表达,抑制其活性,导致PTEN蛋白质的磷酸化水平下降,从而促进细胞的增殖和迁移。
此外,miRNA和其他非编码RNA还可以通过影响蛋白质修饰酶的底物选择性来调控蛋白质修饰过程。
蛋白质修饰酶通常通过选择性地结合特定的蛋白质底物来进行修饰,而miRNA和其他非编码RNA可以通过与这些底物结合,竞争性地影响修饰酶与底物的结合能力,从而改变蛋白质修饰的程度和模式。
microRNA反转和定量引物设计

microRNA反转和定量引物设计microRNA(miRNA)是一类长度约为18-25个核苷酸的小分子非编码RNA,它们能够通过与靶向mRNA配对而引起转录后基因沉默、翻译后调控等作用。
miRNA在生物体内广泛存在,对于肿瘤发生和发展、免疫应答、细胞分化等生物学过程起着重要作用。
首先,让我们来了解一下miRNA反转的原理。
miRNA反转是将miRNA通过逆转录酶酶(Reverse Transcriptase)转录成DNA的过程。
反转录过程中需要两个基本核酸片段:miRNA的反向亚基(RT primer)和反转录引物(RT primer)。
RT基质是由具有未匹配的末端,可以与miRNA互补配对的引物分子。
反转录过程通过与RT引物的匹配,引发RNA链延长的启动,使得miRNA转录成DNA。
这个反应需要RNA酶H(RNase H)的参与来降解RNA模板。
最终通过PCR扩增获得足够的DNA产物用于后续实验。
然后,我们来了解一下miRNA定量引物设计的步骤。
miRNA定量引物设计主要包括两个部分:上游引物和下游引物。
上游引物被设计成能够特异性结合到miRNA的3’端,而下游引物结合到miRNA的5’端。
这样,当PCR扩增时,上下游引物与miRNA的结合使得DNA在目标区域扩增。
设计定量引物需要考虑以下几个因素:1.引物的长度:通常上游引物长度为19-25个核苷酸,下游引物长度为18-22个核苷酸。
引物长度的选择应遵循引物结合的特异性和扩增效率。
2. 引物的Tm值:Tm值是引物与模板的熔解温度。
建议设计上游引物和下游引物的Tm值在55-65℃之间,以提高引物与miRNA的结合特异性。
3. 引物的序列特异性:为了确保引物能够特异性地结合于目标miRNA,应尽量避免引物与其他miRNA或基因组的序列匹配。
4. 引物的其他特性:引物的GC含量、自身二聚体形成和hairpin结构等也需要考虑。
在设计引物时,可以借助一些在线工具和软件,如Primer3、miRprimer和OligoAnalyzer等,这些工具可以帮助用户进行引物设计和评估引物的特性、特异性和二聚体形成等。
miRNA调控机制及其生物学意义

miRNA调控机制及其生物学意义miRNA(MicroRNA),又称微RNA,是一种长度为18-25个核苷酸的非编码RNA分子。
它们主要通过靶向在翻译前或翻译后调节蛋白质的表达。
miRNA基因是由RNA聚合酶Ⅱ转录出的pri-miRNA,初级转录物在细胞核中被切割为70-100个核苷酸的预miRNA,内质网起泡体中再被Dicer酶切割为2链miRNA。
miRNA是典型的post-transcriptional调节因子。
通过精准的“信息检索”机制靶向调节基因表达,影响了生物的多种生理和病理过程。
miRNA为细胞调控提供了新的机制,生物进化中也扮演着越来越重要的角色。
miRNA调节的生物学意义主要体现在以下几个方面:1. 疾病诊断和治疗miRNA与疾病的发生、发展密切相关。
例如,在某些肿瘤中,miRNA失调导致了肿瘤的高度增殖、侵犯和转移。
因此,研究清楚miRNA调控的靶点和机制,对于诊断和治疗临床相关疾病有着积极的作用。
2. 基因表达调控miRNA调节基因表达,并能通过调节基因表达控制多个细胞及生物过程,如细胞增殖、分化、凋亡等。
研究miRNA的特异性靶向调控机制,有助于揭示基因表达的调控网络。
3. 生物进化调控miRNA作为一种越来越重要的调节因子,在生物进化中发挥着重要的作用。
通过在调控基因表达和进化中发挥的作用,miRNA使得生物特征逐渐发生改变,有助于物种适应环境变化。
在人类免疫系统中,miRNA也扮演着重要的角色。
miRNA与T细胞、B细胞以及其他重要的细胞类型是密切相关的。
比如miR-155,是一种在免疫细胞中高表达的miRNA,在细胞分化和功能上具有显著的调控作用。
当人类体内的免疫细胞受到内外部刺激时,它的表达能够迅速上调,发挥免疫调节作用。
研究表明,miRNA与免疫系统的关联在炎症、自身免疫疾病、病原体感染、肿瘤等多种重要临床应用领域中有广泛的应用前景。
总之,miRNA作为一种重要的非编码RNA调控因子,在碧波荡漾的生物深潭中发挥着举足轻重的作用。
MicroRNA及其在肾肿瘤中的研究现状及前景

MicroRNA及其在肾肿瘤中的研究现状及前景何昊玮;董杰;葛京平【摘要】MicroRNA(miRNA)是大小为19 ~25个核苷酸的单链非编码小分子RNA,在基因的转录和翻译水平进行调控.近期的研究发现,miRNA在细胞分化、增殖、凋亡等生物进程中均起到重要的作用.在多种人类肿瘤中均发现miRNA的表达异常,特定miRNA的异常表达与缺氧、上皮间质变等肾肿瘤关键发病机制密切相关.miRNA将会是肾肿瘤可能的重要标志物,对肾肿瘤的治疗具有重要意义.%MicroRNAs( miRNA )are non-protein-coding short single stranded RNAs with the size range of 19-25 nucleotides associated with gene regulation at the transcriptional and translational level. Kecent studies have proved that miRNAs play important roles in a large number of biological processes, including cellular differentiation,proliferation , apoptosis, etc. . Changes in their expression were found in a variety of human cancers. Specific miRNAs alterations were associated with key pathogenetic mechanisms of renal cell carcinoma like hypoxia or epithelial-mesenchymal transition. miRNAs potential to serve as a powerful biomarker of renal cell carcinoma,is of great significance for the treatment.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2013(019)004【总页数】4页(P640-643)【关键词】MicroRNA;肾肿瘤;癌基因;调控;基因表达谱【作者】何昊玮;董杰;葛京平【作者单位】第二军医大学南京临床医学院,南京军区南京总医院泌尿外科,南京,210002;第二军医大学南京临床医学院,南京军区南京总医院泌尿外科,南京,210002;第二军医大学南京临床医学院,南京军区南京总医院泌尿外科,南京,210002【正文语种】中文【中图分类】R737.11MicroRNA(miRNA)是长度为19~22个核苷酸的非编码RNA,最初于1993年由Lee等[1]在研究秀丽隐杆线虫时所发现。
MicroRNA与基因的调控(精)

MicroRNAmicroRNA(miRNA)是广泛存在于真核生物中的一组短小的,不编码蛋白质的RNA家族,其在细胞内具有多种重要的调节作用。
miRNA主要通过与其靶基因mRNA的3’-UTR端互补结合降解mRNA或是抑制mRNA的翻译从而阻遏基因的表达。
最近的研究中表明,人类肿瘤中的miRNA的失调与癌症的发病(包括发展和转移的作用)有重要的关系。
MicroRNA的特点(1)广泛存在于真核生物中, 是一组不编码蛋白质的短序列RNA , 它本身不具有开放阅读框架(ORF) ;(2)通常的长度为20~24 nt , 但在3′端可以有1~2 个碱基的长度变化;(3)成熟的miRNA 5′端有一磷酸基团, 3′端为羟基, 这一特点使它与大多数寡核苷酸和功能RNA 的降解片段区别开来;(4)多数miRNA 还具有高度保守性、时序性和组织特异性。
MiRNA的作用机制miRNA在发挥作用之前,需要同细胞内一些协同因子结合形成蛋白质- RNA复合物(miRNA-containing ribonucleoprotin,miRNP),在miRNP的作用下指导其识别同源mRNA。
在Hela细胞裂解液中发现这类RNA蛋白复合物的大小在15S左右,其主要成分为Germin3、Germin4和Argonaute蛋白家族成员eIF2C2因子,后两种蛋白质与运动神经元的存活(survival of motor neurons,SMN)有关。
研究认为,miRNP即为RISC.miRNA与靶mRNA作用的典型方式主要有两种:在大多数情况下(例如在动物中),复合物中的单链miRNA 与靶mRNA的3' UTR 不完全互补配对,阻断该基因的翻译过程,从而调节基因表达。
这种方式只影响蛋白表达水平,并不影响mRNA的稳定性。
目前,该翻译抑制的详细机理尚不清楚。
最近有研究对此提出质疑,他们认为,正常衰退途径引起的mRNA降解速度的升高也会导致蛋白质表达水平的下降,且miRNA不仅能作用于翻译起始后的延长阶段,还能够抑制翻译的起始。
小RNA的信号转导与调节

小RNA的信号转导与调节随着分子生物学和基因工程技术的不断发展,人类对于基因调控的研究也在逐渐深入。
在这个过程中,短链RNA(small RNA)逐渐成为了研究的热点之一。
这类RNA分子因为其长度短,结构简单,作用多样,成为了现代分子生物学中备受关注的一个领域。
小RNA被发现能够通过小RNA-靶基因互作来调节基因表达,从而影响细胞的生理和病理进程。
本文将基于小RNA的信号传导和调节机制,对小RNA与基因表达调节的关系进行探讨。
小RNA的基本分类小RNA是一类长度在20-30nt左右的单链RNA分子,其中包括了多种类型,如small interfering RNA(siRNA)、microRNA (miRNA)、piwi-interacting RNA(piRNA)和small nucleolar RNA(snoRNA)等。
这类小RNA的产生和功能都与RNA干扰(RNAi)和RNA修饰有关。
siRNA是一类exogenous RNA,通常在细胞内外被Dicer加工成长度为20-25nt的双链RNA。
而miRNA则是一类endogenous RNA,在细胞内被Drosha和Dicer加工成长度为20-22nt的单链RNA。
它们都能够与欧洲固氮根瘤菌(Agronaute)相结合,从而诱导RNA干扰的启动。
piRNA则是在静态组织中由piRNA酶系产生而来的一类小RNA,主要针对转座子。
snoRNA则是存在于核糖体RNA(rRNA)和小核RNA(snRNA)中的一类小分子RNA。
由于这些小RNA都在RNA过程中起重要作用,因此小RNA的发现和研究对于RNA生物学的进一步发展具有重要意义。
小RNA的信号传导与调节机制小RNA能够与mRNA或DNA相互作用,在信号传导和调节机制中发挥着重要作用。
它能够通过下述机制来实现基因调节。
miRNA的作用miRNA是小RNA中最常见的一类。
miRNA通常在基因转录和RNA加工过程中产生,成熟后被载体转运到细胞质,与哺乳动物靶基因3'UTR区域结合,从而导致mRNA的下降。
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MicroRNA对信号转导的调控摘要:MicroRNAs是基因表达转录后调控的必需组成部分。
在识别出数百个MiRNAs后,现在所面临的挑战是阐明它们特异的生物学功能。
由于信号转导具有十分明显的剂量效应关系,所以成为MiRNA介导调节的理想候选研究对象。
事实上,现有的证据提示MiRNAs影响了细胞对信号分子如转化生长因子-β,WNT,Notch和表皮生长因子等的反应。
因此,MiRNAs作为信号网络中的节点,对稳态的维持和肿瘤、代谢、纤维变性和干细胞生物学的调节发挥着重要的作用。
引言Ambros,Ruvkun和他们的同事们首先发现了小RNAs的新世界【1-3】,他们报道了两个最先被识别的MicroRNA基因lin-4和let-7,它们通过在转录后水平调节其它基因的表达来调节线虫的发育时间。
从此,对MicroRNA的研究迅猛发展,成为当我们想到基因表达调控方式时一个不可缺少的组成部分。
现在,我们知道MicroRNAs广泛存在于动物和植物基因组中,而且目前估计人基因组中至少包含数百个不同的MicroRNAs,对很多转录子组具有潜在的调控作用【4,5】。
MicroRNAs是一类由20-25个核苷酸组成的非编码RNAs,通过MicroRNA的子序列(核苷酸5’端2-8)和子序列的互补序列(在靶mRNA的3’非翻译区)的标准碱基配对来调节基因表达。
MiRNAs有特殊的生成过程:它们首先转录成一个长一些的折叠型发夹结构前体(pri-miRNA),pri-miRNA在细胞核中经Drosha复合体加工后,由输出蛋白5转运至细胞浆中,在胞浆中由Dicer核糖核酸酶加工而成。
成熟miRNAs与Argonaute蛋白一起结合在RNA诱导的沉默复合体(RISC)中。
在RISC中,因Dicer的解螺旋活性,单链miRNA保持展开状态,引导靶区的选择,引起翻译的抑制,靶mRNA的稳定和定位【6-8】。
尽管取得了很大的进展,但miRNA在细胞和机体中的生理功能仍存在许多未知,揭示出各个miRNAs的功能具有挑战性。
首先,miRNAs通常出现在多余基因家族中,多余基因家族使基因剪切变得复杂。
其次,每个miRNA有数个可能的靶点,这些靶点又有着不同的功能,所以很难决定那个功能最有意义并值得用实验去证实。
最后,miRNAs引起的靶点的下调程度通常下降不大:在蛋白水平检测,即使是一个典型的过表达的miRNA也不会使其内源性的靶点下调超过50%【9】。
因此,多数蛋白在这种程度的抑制下应该仍具有功能,到目前为止,一种观点得到了单一不足的表型缺乏的支持。
相反,很少有基因复制时还具有表型,可能是模拟了miRNA介导的一个靶点的调节丢失时的情况【10】。
这提示,即使多数基因都被预测为miRNA的靶基因,也只有一小部分在相互作用中表现出明显的生物反应和表型作用【4,10-16】。
然而,值得注意的是,抑制miRNA的生成(例如,通过切除Dicer)就证明了miRNA在许多生物过程都是必需的,包括增殖的稳定,分化,或胚胎干性【17-19】。
作为这个难题解决的一个解决方法,与其去寻求miRNA的靶序列来预测miRNA的生物功能,不如反过来问:那一种生物过程可能是miRNA介导调节的更有价值的首要候选对象。
本文中,我们提供的例子显示在动物细胞中信号转导是miRNA介导调节的首要的候选对象。
信号复合物是作用动力高、时间短、不可用化学计量的分子总体,可转化为确定的剂量依赖性反应。
因此,他们是miRNA 引起的在定量上波动程度的理想研究对象。
这可能使得 miRNAs的多基因调节能力具有改变信号转导的作用,以一种更有效更及时的方式使信号传递到下游的效应器变得更容易或困难【20】。
表1和补充信息1提供了一列 miRNAs对关键信号路径有正性或负性调节作用的信息。
本综述的第一部分,我们总结了一些有关单个miRNA对细胞信号调节的例子。
miRNAs可能有助于解释进化中的一些矛盾的现象。
发育信号网络的核心启动蛋白是高度保守的,所有的Bilateria都可以追溯到共同的祖先【21-23】。
然而,机体的发展变得日益复杂,这显然需要这些信号途径在作用时有很大的可塑性,需要进化的新层次调节。
就像转录因子结合位点,3’非翻译区序列虽然没有编码的作用,却有很快分离的潜能,共同选择miRNA与靶点有益的相互作用,抵制有害的相互作用【24,25】。
虽然动物进化中很少有新转录因子家族出现,但新的miRNA家族的连续出现与之平行的增加了机体和器官的复杂性【24,26,27】。
因此,miRNA可能代表了承前启后迅速进化的工具,增加了信号途径中的高级调节层次。
我们将在本综述的第二部分讨论这些网络系统的逻辑性。
总的来说,生长因子信号系统和miRNA之间的相互影响对我们目前理解miRNA的生物学效应有很大帮助。
miRNA和信号系统:普遍性原理在胚胎发育期间,少数信号途径——转化生长因子β,WNT, Hedgehog, Notch, Hippo,和受体酪氨酸激酶(RTKs)途径如表皮生长因子,血管内皮生长因子和血小板源性生长因子受体——精确协调了组织诱导、结构成形、生长和形态发生。
这些信号途径维持着成人的组织稳态,它们的扰动不同程度地解释了人类的疾病【22,28-32】。
这些信号途径的有效性取决于他们对靶基因表达在时间上和空间上的控制能力。
上述结果的得到采用了两个普遍性原理:依赖于环境的转录激活和缺失性阻遏【33】。
miRNA在缺失性阻遏中的作用。
缺失性阻遏保证目的基因表达仅在信号存在的时候开放,在信号缺乏的时候处于阻遏状态。
缺失性阻遏主要来自于转录水平:典型的是,相同效应元件在有靶基因启动子时可从缺失性阻遏转到信号依赖性激活【33】。
但转录控制足以解释紧密的信号调节吗?那种认为在体细胞仅受到明确的开或关的调节似乎是不合理。
更为常见的是,细胞必须从那些很微弱或很短暂的输入信号中识别出能激活下游靶点的真实信号。
在这个还不是很清楚的区域中,miRNAs应该对信号的调节至关重要:通过缓冲信号级联反应的正性调节,miRNAs可能会提高信号途径激活的阈值,将其限制在适当范围。
WNT, Notch和Hedgehog这些都是在强烈的缺失性阻遏下的信号途径。
转录因子TCF在WNT信号途径中的作用就是这种调节的范例。
胞浆β-catenin池,能与TCF结合激活特异基因,在WNT配体缺乏时,被磷酸化和降解【28】。
在WNT信号之后,一个级联反应被触发,导致β-catenin保持稳定并转移到细胞核,并与TCF形成转录激活复合物,将靶基因上的共同阻遏物完全竞争出去【28】。
miR-8,脊椎动物miR-200家族在黄果蝇的直系同源物,通过信号放大被识别为Wingless信号系统(脊椎动物中的WNT信号系统)的负性调节子【34】。
在果蝇和小鼠细胞miR-8和miR-200c,分别通过作用于TCF和该信号途径上游的正性调节子,包括对WNT配体分泌所必需的Wntless(也叫做evi),引起缺失性阻遏【34】。
还有一个与Hedgehog信号途径相关的相似的例子【29】。
在哺乳动物中,这条信号途径控制着小脑原始粒细胞的增殖,异常的信号激活就会导致髓母细胞瘤【29】。
应用miRNA高通量板来研究人髓母细胞瘤,miR-324-5p被识别为Hedgehog信号途径的抑制物。
miR-324-5p的靶点为转录因子GLI1,而GLI1是Hedgehog信号的一个调节子,miR-324-5p的丢失会上调信号途径的反应,导致肿瘤形成【35】。
MiRNAs引起的缺失性阻遏并不一定以信号途径中的核心组成部分为靶点,当它阻断了他们的转录靶点时,可能同样有效。
缺失性阻遏发生在下游靶点的经典例子是,miRNA介导的split (E(spl))和Bearded(Brd)基因簇的增强子的调节,它们是果蝇Notch信号途径中的下游效应器。
这是高度冗余的系统,相关的miRNA(miRNA-2,miRNA-4,miRNA-7,miRNA-11,miRNA-79)错综复杂的以相应的mRNAs为靶点,阻止Notch介导的发育脱离正常程序【36,37】。
值得注意的是,少数的研究中E(spl)和Brd的Notch靶点,与miRNA结合的位点发生特定的突变足以引起突变表型,提示miRNA的调节对正常Notch信号途径是必需的【38,39】。
miRNAs本身也可能是缺失性阻遏的调节因子。
例如,在DNA损伤时,激酶的级联反应激活了p53肿瘤抑制因子,导致细胞周期停滞或者凋亡。
P53正常时是一个潜在的转录因子,受到泛素介导的降解而抑制【40】。
miRNA-125b以P53为靶点完成P53阻遏,miRNA-125b的丢失会导致P53依赖性凋亡【41】。
有趣的是,miRNA-125b本身也是DNA损伤网络中的一部分,它在遗传毒性处理后会下调。
因此,通过提高P53激活的阈值,miRNA-125b确保了安全的DNA损伤反应。
miRNAs在缺失性激活中的作用。
虽然miRNAs抑制基因表达,但其功能并不仅是抑制。
事实上,它们对信号级联输出的效应是严格依靠信号途径拓扑学的。
例如,在Hippo肿瘤抑制因子途径中,通过调节细胞增殖和凋亡控制果蝇和哺乳动物的组织生长,信号系统的激活实际上导致了下游的两个转录因子Yes相关蛋白(YAP)和Taffazin(TAZ)原癌基因的失活。
信号激活特异的导致了YAP和TAZ的磷酸化,YAP和TAZ的磷酸化使他们局限在细质中,因而制了他们细胞核的活性【22】。
YAP和TAZ的磷酸化由大的肿瘤抑制因子(LATS)激酶和其上游调节因子(Expanded)介导。
这些Hippo途径组分是两个miRNAs的靶点:在哺乳动物是miRNA-372和 miRNA-373(LATS),在果蝇是miRNA-278(Expanded)【42-46】。
它们引起的结果是YAP和TAZ磷酸化的缺乏,核活动的停滞和随后的YAP和TAZ 靶基因的转录激活。
因此,在Hippo级联反应中信号调节因子的抑制会导致YAP 和TAZ靶基因的转录,这就解释了这些miRNAs的致癌潜能。
有趣的是,在果蝇中Hippo途径的一个关键靶点是miRNA bantam,而miRNA bantam是机体生长和成形中的一个重要调节因子。
miRNAs和上下游依赖性信号系统细胞外信号的到达并不是专门传递具体的指令。
相反,正是细胞根据其实际环境来解释信号,拣出更适合其需要的靶基因。
每种细胞类型都有独特的miRNA 环境,与上下游依赖的基因表达完美适应,这使得生物学输出有极大的可塑性,并解释了在不同细胞类型及发育和进化的不同时期中这些信号级联反应的持续循环。
生物学的一个主要挑战是解释为什么幼稚细胞对有限的信号做出反应时会产生不同的结果。