miRNA$lncRNA(mirna 和lncrna 的简介)

MicroRNA简介•MicroRNA（miRNA）是一类内生的、长度约20-24nt的小RNA，其在细胞内具有多种重要的调节作用。•第一个被确认的miRNA——在线虫中首次发现的lin-4和let-7。•miRNAs参与生命过程中一系列的重要进程，包括早期发育(Reinhart2000)，细胞增殖，细胞凋亡，细胞死亡(Brennecke2003），脂肪代谢（Xu2003)和细胞分化(Kawasaki2003)。特点•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。•表达具有组织特异性和阶段特异性。•与靶mRNA3’-UTR结合，在转录后调控基因的翻译表达。•miRNA具有高度保守性，即各种miRNA都能在其他种系中找到同源体。•miRNA独有的特征：其5’端第一个碱基对U有强烈的倾向性，而对G却有抗性，第二到第四个碱基缺乏U，一般来讲，除第四个碱基外，其他位置碱基通常都缺乏C。•一个miRNA可以调控多个基因的表达，也可以几个miRNAs共同精细调控某个基因的表达。加工成熟•由长的内源性转录本（pri-miRNA)经Drosha酶作用生成70nt左右的miRNA前体(pre-miRNA)，该过程发生在细胞核•将pre-miRNA经Dicer酶作用加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质中。•miRNA与细胞质中的某些特定蛋白结合形成RISC，对靶mRNA进行调节。Drosha-DGCR8复合体•Drosha是RNAaseⅢ家族中的一员，必须与DGCR8蛋白结合成复合体才具有切割pri-miRNA的功能。•存在于细胞核内•主要切割多个茎环结构的pri-miRNA成为pre-miRNA。Dicer酶•是RNAaseⅢ家族中的一员，它可与双链RNA结合，并将其剪切成3’端突出的小分子RNA片段。•主要切割dsRNA或者茎环结构的RNA前体成为小RNAs分子。•Dicer有着较多的结构域，最先在果蝇中发现，并且在不同的生物体上表现出很高的保守性。Argonaute蛋白(AGO）•AGO蛋白：为一类庞大的蛋白质家族，是组成RISCs复合物的主要成员。•AGO蛋白质主要包含域两个结构域：PAZ和PIWI两个结构域，但具体功能现在尚不清楚。PAZ和PIWI两个结构域，对于miRNA和目标mRNA相互作用，从而致目标mRNA的切割或者翻译抑制过程。•同时，不同的AGO蛋白质有着不同的生物学功能。在人类，AGO2参与了RISCs对于目标mRNA的切割过程；而AGO1和AGO3则不具备这个功能。作用原理作用结果•miRNA与靶mRNA匹配完全，则该复合体降解mRNA•若两者序列部分匹配，尤其是miRNA的5’端2-8个被称为种子序列（seedsequence）的核苷酸与靶mRNA匹配完好，则通过抑制靶mRNA的翻译来沉默特定基因。•某些miRNA，如miRNA－16能够特异结合于某些基因3’UTR的富含AU元件（AUrichelement,ARE）,指导Ago等组成RISC区的蛋白与TTP(三磷酸胸苷）结合，从而改变相应mRNA的半衰期，加速靶mRNA的降解。MiRNA功能•只有一小部分miRNAs生物学功能得到阐明。•miR-273和lys-6编码的miRNA，参与线虫的神经系统发育过程；miR-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌；miR-143在脂肪细胞分化起作用。•Karres,J.S.,V.Hilgers,etal.(2007).TheConservedmicroRNAMiR-8TunesAtrophinLevelstoPreventNeurodegenerationinDrosophila.Cell131(1):136-45.•利用一种果蝇miRNA突变研究分析，认为miRNAs将靶基因的水平调整到了最佳水平，并由于这种小RNA的保守性，因此提出在人类也存在这种关联。相关数据库•miRBase•ThemiRBasedatabaseisasearchabledatabaseofpublishedmiRNAsequencesandannotation.EachentryinthemiRBaseSequencedatabaserepresentsapredictedhairpinportionofamiRNAtranscript(termedmirinthedatabase),withinformationonthelocationandsequenceofthematuremiRNAsequence(termedmiR).Bothhairpinandmaturesequencesareavailableforsearchingandbrowsing,andentriescanalsoberetrievedbyname,keyword,referencesandannotation.Allsequenceandannotationdataarealsoavailablefordownload.•TargetScan•基于靶mRNA序列的进化保守等特征搜寻动物的microRNA靶基因。是预测microRNA靶标假阳性率较低的软件。•Starbase•starBaseisdesignedfordecodingInteractionNetworksoflncRNAs,miRNAsandmRNAsfromlarge-scaleCLIP-Seq(HITS-CLIP,PAR-CLIP,iCLIP,CLASH)dataandtumorsamples(14cancertypes,6000samples).•starBaseisalsodevelopedfordecipheringmiRNA-targetinteractions,suchasmiRNA-lncRNA,miRNA-mRNA,miRNA-circRNA,miRNA-pseudogene,miRNA-sncRNAinteractionsfrom108CLIP-Seqdatasets.•starBaseprovidesmiRFunctionwebtoolstopredictthefunctionofncRNAsTarbase：一个收集已被实验验证的microRNA靶标数据库。miRecords：一个整合的microRNA靶标数据库。整合多个靶标预测软件的调控关系。PicTar：基于microRNA或microRNA靶标联合作用等特征开发的搜寻动物的microRNA靶基因的软件，假阳性率也较低。是microRNA领域大牛Rajewsky实验室开发的。该文章位列miRNA相关文章引用Top5。PITA：基于靶位点的可接性（target-siteaccessibility）和自由能预测microRNA的靶标。是著名的生物信息学家Segal实验室开发的。网址：RNA22：基于序列特征预测microRNA的结合位点。是几个流行的microRNA靶标预测软件的其中一个。IBM公司的研究团队开发的。miRanda和microRNA.org：是著名的MemorialSloan-Kettering癌症研究中心的研究人员开发的软件和数据库。整合实验室观察mirna表达模式和预测mirna靶点。MicroCosm：EMBL-EBI的Enright实验室开发的microRNA靶标数据库。miRTarBase：整合实验证实的microRNA靶标的数据库。miRGatorv2.0：整合microRNA表达、靶标和疾病相关信息的数据库。MiRNAMap:动物的microRNA基因及其靶标的数据库。miRDB:动物miclncRNA简介•长链非编码RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）是一类转录本长度超过200nt、不编码蛋白的RNA。•近年来的研究表明lncRNA能在表观遗传、转录及转录后水平上调控基因表达，参与了X染色体沉默、基因组印记以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要的调控过程，与人类疾病的发生、发展和防治都有着密切联系。特性•lncRNA通常较长，具有mRNA样结构，有些具有poly(A)尾巴，有些没有，分化过程中有动态的表达与不同的剪接方式，与编码基因相比，lncRNA表达量更低。•时空组织特异性：同一组织或器官的不同生长阶段，其中的lncRNA表达量也会变化。不同组织之间的lncRNA表达量不同。•lncRNA启动子同样可以结合转录因子，如Oct3/4，Nanog，CREB，Sp1，c-myc，Sox2与p53，局部染色质组蛋白同样具有特征性的修饰方式与结构特征。•lncRNA的亚细胞位置上也呈多样化，在细胞核、细胞质和细胞器均有分布，甚至某些lncRNA具有独特的亚细胞位置，有可能是全新的亚细胞构成。分类•AntisenselncRNA(反义长非编码RNA)•Intronictranscript(内含子非编码RNA)•LargeintergenicnoncodingRNA(lincRNA)•Promoter-associatedlncRNA(启动子相关lncRNA)•UTRassociatedlncRNA(非翻译区lncRNA)作用机制生物学功能1.参与X染色体沉默、基因组印记、染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要调控过程。2.以多种模式保护蛋白编码基因:如受到严格的功能限制以保护编码基因的开放式可读框(ORF);或表现为基因序列的较短延伸,以保护功能域和结构。3.LncRNA含有高效的关键序列,类似于启动子等调控因素,具有比蛋白质更敏感的结构功能限制。4.一些进化后的人类基因保守区域可被转录成lncRNA,如HAR1,在大脑皮质发育阶段早期神经元内表达。5.研究显示,哺乳动物基因组序列中1%产生的转录本是可编码蛋白,而有4%—9%产生的转录本是lncRNA,其中许多lncRNA仅在特定的发育阶段出现,或具有组织或细胞特异性,还有很多lncRNA具有保守的二级结构、剪切形式以及精确的亚细胞定位。6.LncRNA既有顺式调控作用，又有反式调控作用。目前发现的参与哺乳动物基因活动的lncRNA已有上千个,其调控基因表达的机制存在共性。一般来说,lncRNA主要从3个层面实现对基因表达的调控。LncRNA对基因表达的调控调控基因表达其他转录调控表观遗传学转录后调控一、表观遗传调控哺乳动物lncRNA介导的表观遗传改变的研究最早源于基因组印记(genomicprinting)和X染色体失活(Xchromosomeinactive)两个方面,分别与H19和XistRNA密切相关。近十年研究证实lncRNA与表观遗传调控密切相关，并且发现了许多新的与基因调控有关lncRNA。1.基因组印记2.X染色体失活1.基因组印记基因组印记,通常为共价标记的DNA甲基化(也可以是非共价标记,如DNA-蛋白质和DNA-RNA交互作用,核基因组定位等),还包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。虽然印记基因只占人类基因组的不到5%,但在胚胎、胎儿的生长和出生后的发育中却起着至关重要的调节作用,对行为和大脑的功能也有很大的影响。DNA甲基化参与基因印记的建立和维持,它发生在生殖细胞的印记控制区(ICR)。目前对这一领域的研究基本上是针对两个基因印记区:17号染色体近端的IGF2受体(Igf2r)区和7号染色体远端的Kcnq1区,lncRNA在这些印记位点发挥重要作用。LncRNA在印记区介导等位基因沉默。目前已知的是,高达半数的哺乳动物基因都能转录,而其中大部分转录产物是非编码RNA(包括lncRNA),已有个别lncRNA被证明参与调控印记基因表达。小鼠17号染色体的Igf2r区是第一个被证实的可转录为lncRNA的位点。1.X染色体失活。X染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期这一过程被X失活中(X-inactivationcenter,XIC)所控制,是一种反义链转录调控模式。X染色体失活是由标志性的约17kb大小的lncRNA–Xist介导,它在哺乳