MiRNAome基因组癌症诊断和治疗的宝藏翻译

MiRNAome基因组:癌症诊断和治疗的宝藏IoanaBerindan-NeagoePhD,PalomadelC.MonroigBS,BarbaraPasculliMS,GeorgeA.CalinMD,PhD介绍:小分子核糖核酸基因组中陌生人的星系分子生物学的中心法则的解释遗传信息的流动在一个生物系统,总结了“DNA使RNA,它编码的蛋白质。“然而,在过去的几年中,DNA片段已经被证明产生不编码蛋白质的RNA转录。这些非蛋白这些记录被命名的非编码RNA基因,他们认为是一个“黑暗”的一部分未被探索的人类基因组。小分子核糖核酸(MiRNA)是一类小ncRNAs19到25核苷酸(nt)的长度,可以通过各种机制调节基因的表达,还没有被完全调查。他们代表了大多数探索的“黑暗”的基因组,和已知的全部(克隆)MiRNA出现在一个名叫MiRNAome基因组。最初，含有miRNA编码基因的DNA片段的转录的RNA聚合酶II或III（RNAPolIIIII）发起的生物合成。初级转录物（pri-miRNA）可以成百上千个核苷酸长，但它进一步加工，形成一个100nt的前体的转录，褶皱本身（图1）的前体序列然后出口到细胞质，它经历了一系列的催化步骤实现成熟以前。在细胞质中，成熟的单链miRNA都集成到一个数量的蛋白质组成RNA诱导沉默复合体（RISC），此后他们相互作用的互补序列的信使RNA（mRNA）的MiRNA加工。RNA聚合酶II负责MiRNA（miRNA）基因的初始转录成长，封顶，和多聚腺苷酸（polyA）的前体，称为原发性miRNA（pri-miRNA）。双链RNA核糖核酸酶，Drosha，与它的结合伙伴DGCR8连词（DiGeorge综合征临界区基因8、总督），进一步处理pri-miRNA成70到100核苷酸的RNA前体（pre-miRNA）。pre-miRNA从细胞核向细胞质易位的形成/RanGTP，和裂解成18到24个核苷酸的双工的核糖核蛋白复合体组成的核糖核酸酶III（Dicer）和TRBP（人类免疫缺陷病毒1型反应的RNA结合蛋白反式激活）。最后，双工与RNA诱导沉默复合体（RISC）的相互作用，其中包括Argonaute家族蛋白（AGO1AGO4在人类）。一种miRNA双仍与RISC稳定结合并成为成熟的miRNA，主要是，但不完全是，引导RISC复合体的3′-目标messengerRNAs的非编码区（mRNA）。另一股被命名为“明星”也被发现是功能性的。虽然miRNA和mRNA是导致翻译抑制之间的相互作用，有些切割靶mRNA也被观察到。(图1)作为基于教条的ncRNA新部分miRNAs被称为绑定mRNA在3′非翻译区（UTR）而引起的蛋白质编码基因的下调（称为目标）在细胞质中。他们这样做是通过抑制核糖体的“翻译”mRNA的能力。另外，miRNA可以增加mRNA的降解，降低mRNA翻译成蛋白质的可能性。互补miRNA与靶mRNA水平之间可能确定这一机制的mRNA到蛋白质翻译受阻。完美或近乎完美的互补性，已发现的RISC诱导mRNA的降解，和部分互补已发现抑制mRNA的翻译，通过阻断核糖体进入mRNA。[9]由于每个miRNA有成百上千的靶mRNA，蛋白编码基因的一大段是在他们的控制之下。miRNA编码基因的调节是至关重要的利益，因为他们可能参与任何类型的病理生理过程和/或通路，如B细胞的存活（miR-15a和miR-16-1），B细胞的命运（miR-181），大脑的图案（miR-430），胰腺细胞分泌胰岛素（miR-375），脂肪细胞的形成（miR-145），细胞扩散控制（miR-125b和let-7），或细胞的存活（let-7家族）。作为基于教条的ncRNA新部分miRNAs被称为绑定mRNA在3′非翻译区（UTR）而引起的蛋白质编码基因的下调（称为目标）在细胞质中。他们这样做是通过抑制核糖体的“翻译”mRNA的能力。另外，miRNA可以增加mRNA的降解，降低mRNA翻译成蛋白质的可能性。互补miRNA与靶mRNA水平之间可能确定这一机制的mRNA到蛋白质翻译受阻。完美或近乎完美的互补性，已发现的RISC诱导mRNA的降解，和部分互补已发现抑制mRNA的翻译，通过阻断核糖体进入mRNA。由于每个miRNA有成百上千的靶mRNA，蛋白编码基因的一大段是在他们的控制之下。miRNA编码基因的调节是至关重要的利益，因为他们可能参与任何类型的病理生理过程和/或通路，如B细胞的存活（miR-15a和miR-16-1），B细胞的命运（miR-181），大脑的图案（miR-430），胰腺细胞分泌胰岛素（miR-375），脂肪细胞的形成（miR-145），细胞扩散控制（miR-125b和let-7），或细胞的存活（let-7家族）。行动中的miRNAs的机制的理解在过去的几年里已经显著扩大，以展示其调控方式发现意想不到的复杂性，如启动子结合蛋白结合，或与其他现有的直接相互作用（图2）。miRNAs可以重新定位到细胞核中；例如，人的作用被发现主要在细胞核中，表明尽管体积小，特异性miRNA包含特定的核苷酸序列，控制其亚细胞定位。这一定位的支持已经证明miRNA可以调节假说，在DNA水平上的转录过程。例如，人类miR-373绑定到E-钙粘蛋白（CDH1）启动子，从而诱导其表达。此外，miRNA的靶基因区域之外，其他3′UTRsmRNA水平，如5′非编码区和编码区。最后，除了mRNA，miRNA可以针对不同类型的它们，有些品种如超级保守基因或低保守如假基因中高度保守。（图2）在过去的几年中，miRNA也被发现有利于蛋白表达（除了下调它）。mir-369-3p被证明与肿瘤坏死因子α腺苷酸尿苷酸丰富的元素进行交互（TNF-α）mRNA的表达，从而增加招聘的蛋白质翻译过程在细胞周期阻滞。同样，miR-328透露，通过与hnrnpe2增加翻译，翻译的调节，导致CCAAT/增强子结合蛋白αmRNA的释放。相反，它降低了PIM1激酶的特异性结合到其mRNA的翻译。这两种机制都是积极的，在慢性期慢性粒细胞白血病（慢性粒细胞白血病）的急性转化和独立的患者对伊马替尼的反应。在一起，这些数据表明miRNAs具有控制蛋白质将通过碱基配对的mRNA序列或互补干扰调节蛋白直接编码基因的命运的能力。MiRNAs也是分泌的分子触发受体介导的反应在不同的细胞或组织。他们被释放到细胞外环境中的外来体的能力（细胞囊泡由向内出芽在质膜产生多泡小体），是目前在许多甚至所有生物流体。这样，他们可以作为“激素”。例如，它已经表明，巨噬细胞影响乳腺癌细胞的侵袭通过外泌体介导致癌miR-223交付；此外，随着肿瘤来源的外来体预处理小鼠肺转移形成加速。同样，本已被证明是调节肿瘤微环境的协调方式释放的miRNA。在这方面，来自一个白血病细胞系体外缺氧培养体被发现携带和释放其他血管生成中的miRNA表达增加，内皮细胞成管。沿着这条线，这也表明，miR-21和miR-29a可以通过外泌体可以作为Toll样受体直接激动剂（TLRs）。通过结合在免疫细胞中的TLR家族的受体的配体，这些miRNAs显示触发前转移TLR介导的炎症反应（如分泌白细胞介素）可能有利于肿瘤的生长和转移。了解这种新认识的方式，miRNA作为科学家和医生新的治疗方法是很重要的，如在慢性粒细胞白血病或阻断miR-21和转移性疾病患者Toll样受体激动剂的影响患者与miR-29a、miR-328、HnRNPE2作用阻断。MiRNAs作为癌症无处不在的玩家miRNA的改变已经在许多人类疾病如自身免疫性疾病和心脏疾病，确定精神分裂症和癌症（他们已被发现是高度失调）。miRNAs被发现之间的差异表达分析的所有类型的人类肿瘤组织和正常组织，包括良性和恶性肿瘤等白血病、淋巴瘤、肺癌、乳腺癌、结直肠癌（CRC），甲状腺乳头状癌、胶质母细胞瘤及其他脑肿瘤、肝癌、胰腺癌、宫颈癌、前列腺癌、肾癌、膀胱癌、或垂体腺瘤。miRNA可作为癌基因或肿瘤抑制基因。miRNAs被证明行之有效的癌基因，如miR-21和miR-155，两者都是最常见的高表达的miRNA在肿瘤。例如，在转基因小鼠模型的啮齿类动物中，最初表现出白血病前B细胞增殖明显，脾脏和骨髓，随后弗兰克B细胞恶性肿瘤。小鼠过表达miR-21同样导致前B细胞恶性淋巴样细胞表型，表明该基因也是一个真正的癌基因。当miR-21在体内失活的肿瘤完全消退，几天之内，部分原因是由于细胞凋亡的增强。miRNAs可以作为肿瘤抑制因子，如miR-15a/16-1集群，这是经常在慢性淋巴细胞白血病（CLL）删除和前列腺癌。这些miRNA在基因敲除小鼠模型诱导的缺失导致惰性B细胞、自治的发展，克隆性淋巴组织增生性疾病，综述CLL相关表型的人类中观察到的光谱。miR-15a/16-1-deletion已经被证实可以通过调节控制细胞周期的基因表达促进人和小鼠的B细胞增殖。在某些情况下，同一个miRNA可以有双重活动，从而作为一个特定的细胞类型和癌基因在另一种肿瘤抑制。例如，miR-221在肝脏肿瘤中过表达，其目标PTEN肿瘤抑制因子，从而促进肝瘤中miR-221转基因小鼠模型。同样，在CRC，这种miRNA靶向基因促进细胞的侵袭和转移（通常抑制侵袭和转移）。然而，在其他类型的肿瘤如胃肠道间质瘤，miR-221下调和c-kit和ETV1随之而来的阻遏（靶基因）促进恶性肿瘤。在癌细胞中miRNA表达异常的遗传基础复杂。在恶性肿瘤细胞中miRNA的表达广泛的破坏才刚刚开始理解，以及各种异常可能有助于在每个肿瘤miRNAome表达谱。参与特异性miRNA调控的转录因子，如miR-34家族和miR-15/16集群由TP53，调制的miR-17-92基因簇由MYC，和miR-210通过缺氧诱导因子-1α（HIF-1的调控α）。表达异常导致成熟和/或前体miRNA在正常组织中的相应水平比较正常的水平。至少有3种不同的机制（即可以单独或一起）已经描述了原因：miRNA在癌症相关的基因组区域中缺失或扩增编码基因的位置；通过甲基化miRNA的表达表观遗传调控（添加甲基胞嘧啶和腺嘌呤DNA核苷酸，从而抑制基因表达）或组蛋白修饰（这是蛋白质包和秩序的DNA）；最后，在miRNA加工基因或蛋白异常（miRNA的生物合成和成熟需要）。在miRNA中Germline和体细胞突变位于成熟的miRNA前体序列的变化，或初级转录物可能有助于癌症的易感性和启动。例如，生殖细胞（通过父母的生殖细胞）或体（由体细胞获得的）一些miRNA基因突变与白血病的病人中发现。在miRNA序列变化的初步分析，据报道，2例确诊为白血病，一种核苷酸替换（CT）水平较低相关（成熟miR-16抑癌miRNA）。这种突变证明影响SRp20网站，这是一种RNA剪接蛋白牵连主要加工中的成绩单，这被认为是导致白血病的发展。如发现本指出，一些慢性淋巴细胞性白血病患者可能对这种癌症的遗传易感性。此外，小鼠模型也支持某些miRNAs在白血病发病机制中的作用。同样，这些小鼠窝藏点突变（一个NT）毗邻miR-16，导致其降低整体的表达。在一个单独的说明，单核苷酸多态性（SNP）在蛋白编码基因靶向miRNA也能影响癌症的风险以及。例如，let-7，肿瘤抑制miRNA已知目标的KRAS基因mRNA的表达，已被证明是无法绑定到KRAS基因SNP变异的发现是不成比例的富集在非小细胞肺癌（NSCLC）（目前在18%-20%的病例）。这个KRAS变异也患卵巢上皮癌的风险增加有关，这一发现是一致的3个队列研究和2个病例对照研究中。而且，它是目前在61%的患者有遗传性乳腺癌和卵巢癌的基因信息谁以前历史（brca1-2负）。这表明SNP变异可能是一个新的遗传性乳腺癌和卵巢癌风险的生物标志物的独立癌家族。到目前为止，大多数的miRNA结合位点的研究是病例对照研究设计，因此他们都集中在癌症的风险。因此，我们大多数的知识，日期为中心的癌症风险。更多关于miRNA结合位点被认为是癌症风险的生物标志物的信息，Preskil