miRNA地作用机制及功能研究进展

中国科学C辑:生命科学2009年第39卷第1期: 109

113 .scichina. life.scichina. 109 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS MicroRNA作用机制研究的新进展爽默芳中国科学院生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所分子生物学国家重点实验室200031 联系人E-mail: mfliusibs.ac. 收稿日期: 2008-09-04 接受日期: 2008-11-28 国家重点基础研究发展计划批准号: 2005CB724603和国家自然科学基金批准号: 30770474资助项目摘要microRNAmiRNA是一种非蛋白质的新型基因表达调控因子对真核生物基因表达起非常重要的调控作用. 关于miRNA

的功能及作用机制方面的研究是当前生命科学研究的前沿

热点研究人员陆续提出了一些假说模型诸如翻译起始抑制、翻译起始后抑制、mRNA降解、P小体Processing Body SGStress Granules颗粒扣押靶mRNA等来阐述miRNA 如何抑制其靶基因的表达. 此外最近还有文献报道了一些全新

的miRNA作用方式如去抑制和miRNA 激活作用等. 本文将简要介绍一些miRNA作用机制研究的新进展及相关作用模型. 关键词miRNA 负调控去抑制正调控P小体SG颗粒准确的基因表达调控对生物体的生长发育和功能至关重要基因表达调控异常是疾病发生的主要原因. 在过去的数

十年间对基因表达调控的研究主要集中在蛋白质转录因子介导的基因表达调控方面. 研究发现它们通过激活或抑制基

因转录控制基因的表达在基因组信息转化为分子效应和生物效应过程中发挥着重要的作用. 最近在动、植物及病毒等生物中发现了一系列小分子非编码RNA small noncoding RNA 包括miRNAmicroRNA siRNA small interfering RNA piRNApiwi-interacting RNA和esiRNA endogenous siRNA等它们分别在转录水平、转录后水平及表观遗传水平等方面控制基因的表达组成了RNA 调控网络调控包括细胞增殖、分化和凋亡等一系列生理进程影响生物体的生长发育并与多种人类疾病的发生密切相关1. 这些小分子RNA的发现揭示了真核生物一种新的基因表达调控方式. miRNA是小分子非编码RNA家族的重要成员. miRNA与siRNA共用生成途径和作用途径中多种蛋白质因子. 但二者也有一些明显的区别如siRNA主要是由外源提供的小分子RNA 通过引发靶mRNA的切割负调控靶基因的表达而miRNA是基因组编码的源性小分子RNA 通常在翻译水平负调控靶mRNA的表达. miRNA基因由RNA聚合酶Ⅱ或/和Ⅲ转录23. 动物miRNA加工成熟一般需要两个RNase Ⅲ家族酶——Drosha 和Dicer参与. 最近发现AgoAr- gonaute蛋白在miRNA加工成熟中也发挥作用4. miRNA调控是通过RNA诱导基因沉默复合物RNA- induced silencing complex RISC完成的复合物的核心成员是Ago 家族蛋白还有一些功能未知、非RISC 核酸酶活性必需的蛋白成分如FXRP RNA 解旋酶等也存

在于复合物中56. 通常认为miRNA与Ago1结合组成miRNA效应器复合物miRNA- RISC miRISC 执行靶mRNA 翻译抑制而siRNA与Ago2结合组成siRISC 执行靶mRNA 降解7. 最近有人对这种miRNA/siRNA分选模型进行了校正认为miRNA/siRNA都可以被Ago1或Ago2结合89 这为miRNA介导切割提供了可行性. 过去认为Dicer生产的miRNA: miRNA双链miRNA作为向导链被组装入miRISC 互补链miRNA则被迅速降解. 但最爽等: MicroRNA作用机制研究的新进展 110 近研究发现虽然miRNA种类不如对

应的miRNA丰富但它们常常以适当的生理水平存在并同样可以被Ago蛋白结合10. miRNA主要是通过5′端被称为种子序列Seed Sequence的7 nt序列与位于靶mRNA 3′UTR 的miRNA调控元件miRNA Regulatory Element MRE相互作用识别靶mRNA11. 一些靶mRNA 的其他特征如MRE附近富含AU序列、靶mRNA与miRNA的1316位碱基配对、MRE距离终止密码子15 nt以外、不位于长3′UTR的中间、邻近共表达miRNA的识别位点等可增加miRNA的作用效率12. miRNA与靶mRNA之间的配对程度决定了miRISC抑制靶mRNA的方式: 高度配对的miRNA 如大部分植物miRNA 将通过类似于siRNA的作用机制导致靶mRNA切割和降解相反在动物部分miRNA与靶mRNA不完全配对则可能是通过翻译抑制发挥作用. 在过去的几年间研究者陆

续提出了一些不同的、甚至互相矛盾的假说模型来解释miRNA如何抑制其靶基因表达. 但对miRNA准确的作用机制目前还没有统一的观点. 本文将简述miRNA 作用机制研究的新进展及miRNA的一些新功能. 1 miRNA翻译起始抑制机制关于miRNA翻译起始抑制机制目前主要有3种观点: 第一种观点认为miRNA可能通过抑制全能性核糖体的组装而阻断翻译起始13. 因为研究发现被miRNA沉默的mRNA 没有或鲜有偶联完整的核糖体部分研究者认为miRNA可能通过抑制全能性核糖体的组装而阻断翻译起始13. 这种观点被至少两个新近的证据支持: Thermann等人14在一个体外研究中发现果蝇的miR-2抑制全能性核糖体的前体-48S翻译复合物的组装该复合物添加60S亚基后即形成全能性核糖体Chendrimada等人15发现EIF6是一种可以抑制核糖体40S和60S亚基结合、阻断80S全能性核糖体形成的蛋白与Ago/RISC直接相互作用并且在哺乳动物和线虫中缺失EIF6影响miRNA介导基因沉默. 然而RISC是否通过与EIF6相互作用诱导40S和60S核糖体解聚还有待于进一步的研究. 第二种观点根据miRNA 抑制要求靶mRNA m7G 帽子的存在认为miRISC 可能抑制翻译起始复合物的形成1316. 这个假说最近也找到了一些新证据: 研究者在一个体外系统中发现增加eIF4F复合物含有m7G 帽子结合蛋白、翻译起始因子eIF4E水平可回复miRNA翻译抑制17 与之一