【科研熱點】腫瘤中的 miRNA（一）

雖然 miRNA 的研究已經(jīng)沒有前幾年那么熱門了，但是任誰都無法否認腫瘤細胞中的 miRNAs  在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移中起到的重要作用。因此，選擇 miRNA 作為切入點，是希望對過往在 miRNA 研究領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)現(xiàn)，做一次梳理。

第一個 miRNA 是在 1993 年被發(fā)現(xiàn)的。當時兩項獨立的研究發(fā)現(xiàn)，在線蟲（Caenorhabditis  elegans）中有個基因 lin-4 是一個非編碼的 RNA（noncoding RNA, ncRNA）。在當時，由于認知的局限性，這個非編碼的 RNA 被認為是線蟲中的一種特殊的調(diào)控工具，被線蟲用來調(diào)控編碼基因（coding genes）表達的。這一發(fā)現(xiàn)在當時并未引起學術(shù)界的重視。 

直到 7 年后，Reinhart 等人發(fā)現(xiàn)了另外一個小的非編碼 RNA--let-7。他們發(fā)現(xiàn)這兩個非編碼 RNA 都可以通過 3’非翻譯區(qū)（3’-untranslated Region， 3'-UTR）介導的 RNA-RNA 相互作用，調(diào)控下游基因及其信號通路。這項發(fā)現(xiàn)極大地激發(fā)了科學家們的科研熱情，鼓舞他們?nèi)ヌ綄ば碌姆蔷幋a RNA。 

2001 年時，三個不同的課題組分別在不同的物種和細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了與線蟲中類似的短鏈非編碼 RNA。至此，學術(shù)界終于認可，在生物體內(nèi)存在一大類短鏈非編碼 RNA，它們具有強大的調(diào)控功能。這類分子，最終被賦予了一個名稱--miRNA（小 RNA）。從那以后，幾乎所有的植物和動物物種中，都發(fā)現(xiàn)了 miRNA 的存在。據(jù)最新的報道，在人類中成熟的 miRNA 超過 2000 條，在小鼠中超過 1200 條。 

動物細胞內(nèi)的 miRNAs 在進化上是比較保守的，有證據(jù)顯示低等動物線蟲中有大約 55%的 miRNAs 可以在人類細胞中找到同源基因（homologs）。在高等動物（尤其是哺乳動物）中， 由于進化的緣故，導致基因組發(fā)生復制（duplication），從而產(chǎn)生多個亞型/異構(gòu)體（或者被稱為旁系同源基因（paralogs），例如人類的 let-7 基因有 8 個不同的亞型（isoforms），分布 于 11 個不同的基因座（genomic loci）。大多數(shù)（超過 50%）的 miRNAs 都是成簇的，并且在轉(zhuǎn)錄時以多順反子 （multicistronic）（注 1）的形式進行轉(zhuǎn)錄。

一般情況下，miRNA 的不同亞型/ 旁系同源基因都以成簇方式存在，主要的原因是因為這些亞型/旁系同源基因的種子序列（seed region）（注 2）是相同的，因此它們在生物體內(nèi)往往發(fā)揮冗余 的功能。例如，miR-17/92 簇能轉(zhuǎn)錄出一個多順反子的前體。該多順反子成熟后，形成 6 個不同的 miRNAs。這些成熟的 miRNAs 又分別屬于 4 個不同的 miRNA 家族：miR-17 家族（miR-17 和 miR-20），miR-18，miR-19 家族（miR- 19a 和 miR-19b）及 miR-92

少數(shù) miRNAs 是位于基因內(nèi)部（intragenic）的，因為他們位于其他基因的序列內(nèi)并且有相同的轉(zhuǎn)錄方向。包含 miRNA 序列的宿主基因（host gene）可以是編碼蛋白的基因，也可以是非編碼的基因。在非編碼的轉(zhuǎn)錄本中，有大約 40%的基因內(nèi) miRNA（intragenic miRNAs）位于類內(nèi)含子區(qū)域，有大約 10%位于類外顯子區(qū)域（注 3）。在編碼序列中，大多數(shù) miRNA 位于內(nèi)含子中。

絕大多數(shù)的 miRNA 由 RNA 聚合酶 II（Pol II）轉(zhuǎn)錄形成，因此在結(jié)構(gòu)上前體 miRNA 結(jié)構(gòu)類似 mRNA，都有 5’加帽區(qū)和 3’polyA 的尾部。但是，一小部分含有 Alu 重復序列（注 4）的 miRNA 卻是由 RNA 聚合酶 III（Pol III）而轉(zhuǎn)錄形成。

注釋 

注 1：多順反子指一個 mRNA 分子編碼多個多肽鏈。在 miRNA 領(lǐng)域內(nèi)所謂的多順反子指一條前體 miRNA 可以編碼多個成熟的 miRNA 分子。這些編碼 miRNA 的 DNA 片斷往往位于同一轉(zhuǎn)錄單位內(nèi)，享用同一對起點和終點。 注 2：seed region 指 miRNA 序列中與靶標 mRNA 的 3’UTR 區(qū)域，相互結(jié)合的核心序列，一般長度在 8 個 nt 左右。 

注 3：由于非編碼序列不編碼蛋白，因此非編碼的 RNA 沒有內(nèi)含子（intron）和外顯子（exon）的概念，但是有類似的類內(nèi)含子區(qū)域（intronic region）和類外顯子區(qū)域（exonic region）。 

注 4：Alu 重復序列是人類基因組中一族散布的，長度大約為 300bp 的中等重復序列（重復 頻率 10～104）。它是短分散重復序列（short interspersed element,SINEs,≤500bp）中最大的一個家族，約占基因組的 3％～6％，以平均間隔 5kb 隨機分散于整個基因組中。