全 文 ：MicroRNA的结构、生物合成及功能
周冬根 罗玉萍 李思光
(南昌大学生命科学学院,南昌 330047)
摘 要: MicroRNA 是真核生物中一类长度约为 22 个核苷酸的参与基因转录后水平调控的非编码小分子
RNA。成熟的 m icroRNA是由较长的可折叠形成发夹结构的前体转录物经过 Dicer酶或类似 Dicer 酶的内切核酸
酶加工而来。MicroRNA 基因存在于基因组的基因间隔区或者内含子当中。这些小分子 RNA 通过碱基配对与靶
mRNA 序列的 3非翻译区或编码区结合以调控基因的表达。它们呈现出组织特异性或发育阶段特异性表达特征。
MicroRNA 具有调节细胞增殖、死亡、神经细胞分化、个体发育等生物学功能。
关键词: micr oRNA 非编码 RNA Dicer 酶 靶 mRNA
The Structure, Biogenesis and Function of MicroRNA
Zhou Donggen Luo Yuping Li Siguang
( Coll eg e of l if e scie nce , N anchang Univ er sit y , Nanch ang 330047)
Abstract: MicroRNAs w ith the leng th of ~ 22 nucleotide are a gr ow ing family o f small nonprot eincoding
RNAs that function as posttr anscr iptional regulator s o f targ et genes and are pro cessed f rom longer precursor s that
form stemloop hairpin str uctures v ia Dicer in animals or D icerlike in plants. M icroRNAs, w hich ar e discovered in
the inter genic reg ion o r intr on of premRNA, guide effector complexes t o tar get mRNA by basepair ing to comple
mentary sites in the 3UTR or coding reg ion of their targ ets , facilitating sitespecif ic cleavage or tr anslat ional repres
sion. Most micr oRNAs in animal and plant exhibit tissuespecific or developmentalstag especific expr ession, indica
ting that they could play import ant r oles in many bio lo gical processes. They have been implied in the cont rol of cell
death and pro lifer ation in flies, haematopo ietic lineage differentiat ion in mammals, neurona l patt erning in nematodes
and leaf and flow er development in plants.
Key words: MicroRNA Noncoding RNA Dicer enzyme Target mRNA
1993年 Lee[ 1] 等人在对秀丽新小杆线虫( C. el
egans)进行突变体的遗传分析中意外发现了一种控
制细胞发育时序的长度约为 22nt 的 lin4 RNA, 它
只在线虫发育的第一、第二阶段大量表达,其通过碱
基配对的方式结合到靶 mRNA lin14的 3非翻译
区( 3 unt ranslated region, 3 U TR)从而抑制 Lin
14翻译,但不影响其转录。2000 年, Reinhart[ 2] 等
在线虫中发现了另一种重要的具有转录后调节作用
的 miRNA: let7, 它存在于线虫幼虫的第三期、第
四期及成虫期, 其表达决定了线虫从幼虫向成虫的
转变。当时科学家将这些具有明显时间表达特异性
的小分子 RNA 称为小分子时序 RNA ( small tem
poral RNA, stRNA)。随后的几年时间里,许多实
验室相继发现了这类 RNA, 他们发现这类分子不仅
仅在发育阶段起作用, 同时也在不同的组织器官中
表达,从而达到调节个体生理代谢的作用。故科学
家们将这些呈现时空特异性表达模式的非编码小分
子 RNA 命名为 microRNA ( m iRNA) ,因而 lin4和
let7也就成为 miRNA 家族的奠基性成员。MiR
NA 的发现为研究生物的基因表达调控机制提供了
新的视角。本文将对 miRNA 的结构特征、生物合
成及功能作一个简要的介绍和展望。
1 miRNA的界定及命名
最初鉴定新的 microRNA 基因时主要是采取
收稿日期: 20050512
作者简介:周冬根, 1982年生,男,南昌大学生命科学学院微生物专业在读硕士研究生,研究方向为微生物分子遗传学
生物技术通报
综述与专论 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 5期
构建 cDNA 文库的方法, 但是该方法受到了其它一
些小分子 RNA 的影响,以至于产生了假阳性[ 3] 。因
而为了将 miRNA 与 siRNA 及其它非编码小分子
RNA 或 mRNA片段区分开, Ambros[ 4] 等从 RNA
的表达和生成的角度提出了 miRNA 判断方法。
MiRNA 的表达判断标准为: 1. 采用 Nor thern杂交
方法能够检测到~ 22nt的 RNA 转录本。2. 从小分
子 RNA 构建的 cDNA 文库中能获得~ 22nt 的序
列,这些序列需与基因组序列精确匹配。M iRNA 的
生成的判断标准为: 1. 具有发夹结构前体, 且其中
一条臂含有 miRNA 序列, 发夹具有最低自由能, 结
构中不含大的内环或泡, 尤其是大的不对称的泡。
2. miRNA 序列及其二级结构前体具有进化上的保
守性。3. 随着 Dicer 酶功能降低, 前体物不断积累。
一般要综合上述两方面的证据才能判定一个新的
miRNA。
在对 miRNA 命名时, 一般是在 miR 的后面加
一个阿拉伯数字(如 miR1, miR2等)。编码 miR
NA 的基因也是用这三个字母表示, 大写, 中间采用
连字符连接,根据生物学惯例使用斜体字(如线虫和
果蝇中的 mir1, 水稻和拟南芥的 MIR 156)。不同
物种中, 相同的 miRNA 采用相同的数字。如果同
一个基因具有不同的转录本, 那么还需在其后面加
一小写的字母或数字, 如果蝇的 miRNA 基因簇中
的 miR6转录出 3个 miRNA,则分别记为 miR61,
miR62, m iR63[ 4]。
2 miRNA的结构特征及基因组织形式
目前在不同物种中发现的多个 miRNA 的长度
一般为 22nt ,其中 21~ 23nt长度的 miRNA 占大多
数,约为 84% [ 5] (图 1)。
图 1 已知的 microRNA的分布情况
miRNA 的一个特点是它的前体常形成分子内
茎环结构, 而且含有大量的 U/ G 碱基对, 这个前体
物经过核酸酶的加工形成成熟的 miRNA。动物
miRNA 前体大约在 60~ 80nt , 而植物 miRNA 前体
长度变化较大,一般从几十到几百 nt[ 5]。几乎所有
的 miRNA 都是来自于前体的一条臂, 无论是 5还
是 3端。这与 siRNA有明显差异, s iRNA来自前体
的两条臂[ 6] 。大多数 miRNA 基因以单拷贝、多拷贝
或基因簇( cluster)的形式存在于基因组中, 而且大
部分位于基因间隔区( interg enic reg ion , IGR) , 这说
明它们来自独立的转录单位。但是也有相当一部分
miRNA 来源于 premRNA 的内含子,这些 miRNA
称为内含子 miRNA ( int ronic m iRNA) , 它们与前
体 mRNA 位于同一方向,说明它们处于同一启动子
控制,转录在同一条 RNA 链上。大约 1/ 4 的人类
miRNA 为内含子 miRNA。Interg enic m iRNA 与
int ronic miRNA 在启动子类型、加工成熟方式等方
面存在差异(表 1) [ 7]。
表 1 intergenic miRNA与 intronic miRNA的比较
特征 intergenic miRNA int ronic miRNA
基因位置 In tergen ic region Int ron
RNA聚合酶 PolⅢ/ PolⅡ? PolⅡ
前体形式 PrimiRNA, Prem iRNA PremRNA, in t ron
加工蛋白 Drosh a/ DCL1, Dicer Spl iceos ome, Dicer
注: PolⅢ是 RNA polym eraseⅢ, PolⅡ是 RNA polym eraseⅡ。
PrimiRNA 是 m iRNA 原初转录物, PremiRNA 是 m iRNA 前
体,两者均为发夹结构。PremRNA 是 mRNA 的原初转录物,
局部形成碱基配对的茎环结构, Drosha 是动物中的加工蛋白,
DC L1是植物中的加工蛋白
大部分线虫和人类的 miRNA 基因是独立分布
和不成簇的, 而一些 miRNA 基因在基因组和表达
模式中是成簇排列的, 意味着它们是以多顺反子的
形式转录出原初转录本, 再通过内切核酸酶的作用
加工产生成熟的 miRNA。果蝇中普遍存在成簇现
象,其最大的 miRNA 基因簇包括 7 个 miRN A 基因
(图 2) , 它们没有明显的序列同源性, 但功能上是相
关的[ 8] 。有些 miRNA 基因位于基因组其它基因簇
中。如 miR196, 它存在于哺乳动物的同源异形框
( homeobox , HOX)基因簇 HOX A、HOX B、HOX C
中。根据 HOX簇中其它基因的作用, H OX miRNA
212005年第 5期 周冬根等: MicroRNA 的结构、生物合成及功能
可能具有调节动物发育的功能[ 9, 10]。mir10基因位
于昆虫的 Antennapedia复合体中, 它也存在于哺乳
动物的两个 HOX簇中的同源位置, 而 miriab4在
昆虫的 Bithorax 簇中 [ 10]。
图 2 果蝇 microRNA基因簇
3 miRNA的成熟过程及加工机器
3. 1 miRNA 的成熟
miRNA 可能来自于基因组的基因间隔区或者
premRNA 的内含子中,但是不论其来自何处,其加
工成熟机制都是相同的。首先, 在细胞核中, RNA
酶Ⅲ DroshaDGCR 复合体在 miRNA 原初转录物
( pr imRNA)基部切割双链形成 60~ 70个核苷酸的
5末端具有磷酸基, 3末端具有二核苷酸突出( o ver
hang)的茎环中间体 前体 miRNA ( premiRNA)。
然后,转运蛋白 Export in5通过识别 premiRNA 的
3端的二核苷酸突出信号而与 premiRNA 结合, 依
赖 RanGTP 将 premiRNA输出到细胞质。植物中
是由 Expor tin5的同源物 HAST Y负责 miRNA 前
体的核输出[ 11 ]。最后, Dicer 识别 premiRNA 双链
的 5末端磷酸及 3末端突出, 在距茎环大约两个螺
旋转角处切断螺旋体的双链, 产生一个结构类似于
siRNA 的二聚体, 其中成熟的 miRNA 来自于 pr e
miRNA 的一条臂, premiRNA 的另外一条臂产生
一个长度与 miRNA 相同的片段, 即 miRNA * [ 12]。
在经过切割和核质转运后, RNA 解旋酶作用于
miRNA : m iRNA
* 二聚体, 其中 miRNA 进入 RNA
诱导的沉默复合物( RISC)中发挥作用, miRNA * 则
被降解[ 10, 27] (图 3)。
图 3 动物 microRNA的成熟过程
3. 2 Dro shaDGCR复合物/ DCL1
Drosha的 N末端具有一个富含脯氨酸结构域
及富含精氨酸丝氨酸结构域, 其 C末端具有两个
RNaseⅢ结构域, 研究表明这两个 RNaseⅢ结构域
能够形成分子内二聚体, 分别负责 pr imiRNA 的 3
部分和 5部分的切割。起始转录作用表明 Dr osha
也参与了 rRNA 前体的加工。在动物 primiRNA
加工成 premiRNA 的过程中, Dr osha 与大量的
Drosha结合蛋白( DAP)形成多蛋白复合体,其通过
特异性识别 primiRNA 的中间体结合到 miRNA 转
录物上。Drosha 结合蛋白是一类特异性的具有与
RNA 结合蛋白类似结构域的蛋白质。其中包括具
有 DEAD 盒和 DEAH 盒的 RNA 解旋酶, 双链
RNA 结合蛋白,核不均一核糖核蛋白( hnRNP) , 以
及由 EWS 基因编码的 Ew ing 肉瘤蛋白家族成员。
研究表明, Drosha 与由一条分子量为 123kDa 的
DGCR 8多肽链紧密结合。DGCR进化上是比较保
守的,它包含双链 RNA 结合结构域以及与富含脯氨
酸的多肽结合的 WW 结构域。WW 结构域提供了
与 Drosha富含脯氨酸的氨基末端结构域结合的位
22 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 5期
点。研究表明, Dr osha 复合物具有非特异性 RNase
活性, 不能产生特异性切割, 而 DGCR 则能识别
miRNA 前体, 便于 Dr osha 对 miRNA 前体的切
割[ 13]。
目前在植物中并没有发现 Drosha 的同源物,但
是在拟南芥中存在四种类似 Dicer 的蛋白复合物
( Dicerlike) , 分别是 DCL1、DCL2、DCL3、DCL
4
[ 14]。DCL2和 DCL3是产生 siRNA 所必需的,而
miRNA 的成熟需要 DCL1的参与。DCL1蛋白含
有动物 Dicer 所没有的核定位信号序列( NLS)。研
究发现,当在细胞核中表达能够抑制 miRNA 产生
的病毒蛋白 P19时, m iRNA 数量显著降低, 但是在
细胞质中表达这种蛋白时, miRNA 的数量不发生改
变,这说明拟南芥 miRNA 的成熟过程可能是在核
内完成的。DCL1是 RNaseⅢ 超家族成员之一,具
有 Drosha 与 Dicer 的双重功能, 其参与了 miRNA
的整个成熟过程。植物 miRNA 的成熟过程还需要
另外一 种蛋 白 HEN1 蛋 白 ( HUA ENHANC
ER1) , 它具有两个 dsRNA 结合结构域( DBD)和一
个核定位信号序列, 同时它在真菌中也有分布 [ 14]。
3. 3 Dicer 酶
Dicer 酶是内切核酸酶 RNase Ⅲ家族成员, 对
它的最早认识是来自对 RNA 干涉过程中 siRNAs
的产生的研究, 后来表明它在 miRNA 的成熟过程
中起着同样重要作用 [ 15]。Dicer 酶包括 PAZ 结构域
及含有 DEXH/ DEAH 盒的 RNA 解旋酶结构域。
近来通过 X射线晶体衍射分析及核磁共振( NMR)
获得了 PAZ 结构域的三维立体结构,表明它具有异
常的 OB折叠结构,其与核酸的亲和性较弱但持久。
研究发现, PAZ 结构域具有一条由两个亚结构域所
形成的沟,可能是 RNA 结合区。其中一个亚结构域
具有一个由五条多肽链组成的开放 桶芯结构, 两
条螺旋位于桶的两个末端,以及另一条链位于桶的
外表面。另一个亚结构域是由连有 螺旋的 发夹
结构组成。因而 Dicer 酶是通过 PAZ 结构域与 pr e
miRNA 之间的相互作用而行使切割功能的[ 16~ 18]。
4 miRNA的作用机制
miRNA 能够通过两种沉默机制中的一种指导
RISC下调目的基因的表达: mRNA 的切割或翻译
抑制。如果 mRNA 与 miRNA 具有完美的互补性,
miRNA 就指导 mRNA 特异性切割, 或者如果两者
没有足够的互补性, 则 miRNA 就指导翻译抑制[ 19]
(图 4)。
图 4 microRNA的作用机制
4. 1 miRNA 指导靶 mRNA 的切割
大多数植物 miRNA 与靶序列的开放阅读框
( ORF)完全匹配, 因而在植物中, m iRNA 主要进入
RNA 干涉途径以降解靶分子[ 20]。植物中的 RISC
是由 ARGONAU TE ( A GO )蛋白, miRNA 或 siR
NA 及相关蛋白组成。AGO蛋白具有与 Dicer 酶一
样的 PAZ 结构域以及 PIWI 结构域。PIWI结构域
具有与 RNase H 类似的结构。据报道, m iRNA 的
3末端位于 PAZ 结构域的亲水性结构域内,而靶分
子位于PIW I结构域中,两者识别互补之后, RN A酶
水解作用于靶分子中与 miRNA 的第 11或第 12碱
基所对应的残基的磷酸键,随后降解靶分子的 5端
序列。因而当 miRNA 指导切割时, 切点的位置是
由相关的 miRNA 的残基所决定, 即从配对区的中
部向 mRNA 的 5方向切割[ 10, 14] 。在植物中,两者完
全匹配在大多数情况下是引起切割, 但是有时并非
如此, m iR172 与 miR172 样基因与靶分子完全匹
配却产生翻译抑制。研究人员发现,经过切割之后,
靶分子上与 miRNA 匹配位点相邻的序列会产生内
源性的 siRNA, 以增强沉默效应 [ 14]。M iRNA 切割
之后, miRNA 仍然是完整的, 而且能够指导另外的
mRNA 的识别和切割。
232005年第 5期 周冬根等: MicroRNA 的结构、生物合成及功能
4. 2 翻译抑制
通常动物 miRNA与靶 mRNA的 3UT R部分
序列反向互补结合。与 RNA i不同的是,靶 mRNA
的稳定性不受影响, 而其翻译起始后的表达受到影
响。这种新的调控机制首次在线虫的 lin14 mRNA
得到证实, lin14 mRNA 受 lin4 m iRNA 的调控。
MiRNA 可能抑制翻译的延伸或终止,或降解核糖体
新合成的新生肽链。然而简单地影响翻译延伸是不
可能的, 因为未受到抑制的多核糖体的形态与由
miRNA 抑制的靶 mRNA的多核糖体的形态是相同
的。当 Lin14蛋白水平下降时, 难以区分处于线虫
幼虫第一阶段和幼虫后期阶段的 lin14 mRNA 的多
核糖体外型[ 10]。具体的调控机制目前还不是很清
楚,有待于科学家进一步研究。多数 miRNA 是以
miRNP 形式与靶 mRNA 结合并使之抑制。最近研
究人员发现, 处于不稳定状态的 mRNA 的 3U TR
中的富含 AU 元件 ( A REs)能够指导 mRNA 的降
解。参与 miRNA 加工和功能行使的蛋白, 即 Dic
er1, Ago1和 Ago2是 肿瘤坏死因子 mRNA 快速
降解所必需的, 该 mRNA 含有 AREs 元件。人的
miR16具有与 AREs 互补的 UAAAUAUU 序列,
它使得具有 AREs的 RNA易于降解[ 20]。
4. 3 靶分子的识别
线虫 lin14 的 3U TR 具有与 lin4 miRNA 的
5区域互补的核心区域,这说明多细胞动物 miRNA
5端互补的重要性。这可从以下事实得到支持: ( 1)
几种无脊椎动物的 miRNA 的 2~ 8残基与靶 mR
NA 3 U TR是完全互补的。( 2)在第一个确认的无
脊椎动物的 miRNA 与靶分子的互补位点之间, mR
NA 与 miRNA 2~ 8残基配对的部分在其它种类的
同源信息中是完全保守的。一个邻近的至少六个碱
基对的螺旋几乎总是出现在这个区域。( 3) miRNA
的2~ 8残基在同源的后生动物 miRNA 中是保守
的。( 4)预测哺乳动物 miRNA 的靶分子时,要求跨
越 miRNA 2~ 8 残基的七聚体具有完全的碱基配
对,比要求 miRNA 的其它任何一个七聚体的配对
更有效率。如果不考虑互补位点其它区域的互补程
度, 与核心区域的错配就可抑制起始时对靶分子的
识别,因而阻止了切割或翻译抑制。如果同时允许
miRNA 的其余部分有足够的配对, 将产生切割作
用。然而仅由一些侧翼配对来补充核心配对, 再与
RISC共同作用,足以介导翻译抑制 [ 10]。
5 miRNA与 siRNA的异同
由于 miRNA与内源性的 siRNA 的加工成熟机
制大致相同,都需要 Dicer 的参与,而且功能相似,都
具有沉默效应, 所以难以通过化学组成或作用机制
而将其区分 [ 21]。但是从它们的来源、保守性以及作
用的靶分子来看, 它们具有如下不同之处: ( 1) miR
NA 来自于基因组 DNA 的基因间隔区或者是断裂
基因的内含子中,而 siRNA 一般来自于 mRNA、转
座元、病毒或者异染色质 DNA。( 2) m iRNA 从形成
局部茎环结构的转录物加工而来,而 siRNA 是通过
切割长的双分子 RNA 二聚体或延长的发夹而产生
的。( 3)每个 miRNA 茎环前体分子产生一个 miR
NA: miRNA
* 二聚体,而每一个 siRNA 前体分子产
生大量的 siRNA 二聚体。( 4) miRNA 在亲缘关系
比较近的物种间是比较保守的,而内源性的 siRNA
序列变化较大[ 10] 。
6 miRNA的生理功能
miRNA 是通过与靶 mRNA 的 3U TR碱基配
对的方式来执行对靶 mRNA 的转录翻译抑制的功
能。lin4和 let7在线虫发育中起着时序调控的作
用。这两个基因或它们的靶基因发生突变会造成线
虫发育的形态突变。
6. 1 miRNA 在动物中的作用
在动物中, m iRNA 与靶 mRNA 进行不完全配
对以执行转录后翻译抑制的作用。但是如果动物
miRNA 与靶序列完全互补,则进入 RNA 干扰路径
指导靶序列降解。近来, 在筛选果蝇生长缺陷突变
株的过程中发现了 Bantam 基因座。该基因座编码
了果蝇幼虫抑制程序性死亡和促进细胞增殖的
miRNA。Bantam miRNA 大量表达并抑制 H id
mRNA 的翻译。Hid 是程序性死亡的主要激活因
子。Bantam 类似于线虫的 mir80/ 82, 这表明 mir80
家族能控制线虫的细胞死亡和增殖[ 21]。动物中的
miRNA 还能影响细胞分化。M iR23 与 Hes1 基因
具有较完美的互补性(大约 77% )。Hes1是一种基
本的螺旋环螺旋结构, 它只在未分化细胞中表达。
将人工合成的 miR23 加到未分化的 NT 2神经细胞
中,可以发现细胞内的 Hes1水平大幅下降。但是将
24 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 5期
人工合成的 miR23突变体加入到未分化 N T2细胞
中, Hes1 水平保持不变, 且其含量与将野生型
miR23加入到已分化的 NT 2细胞中是一样的。这
表明 miR23 在翻译水平上抑制 H es1基因的表达,
影响细胞分化[ 22] 。最近 Kuang AL 等人发现,在小
鼠胚胎干细胞( ES)中编码 Dicer 酶的基因 dicer1缺
失后, ES细胞失去了分化功能, 同时染色体着丝粒
区域的重复序列的沉默效应以及小片段 dsRNA 的
表达量显著降低。这说明 miRNA 参与了 ES 细胞
的分化,着丝粒区域异染色质的形成[ 23]。研究表明,
小鼠 miR375的表达会抑制葡萄糖诱导的胰岛素分
泌,但是并不改变葡萄糖代谢或细胞内 Ca2+ 信号强
度。通过 RNAi将 miR375 的靶分子 Mtpn 沉默,
发现产生的效应与 miR375的作用效果一致 [ 23]。
6. 2 miRNA 在植物中的作用
在植物中,由于 miRNA 与 mRNA 互补程度高,
故可用来预测植物 miRNA 的靶位点。有实验证据
表明, m iRNA 能直接指导靶 mRNA 的切割。植物
miRNA 大多数是调控发育与细胞分化的基因[ 24]。
MiR165/ 166的靶基因 PHB 与 PHV 中的序列发生
突变后则造成功能获得性突变, phb mRNA 表达的
组织范围相对于野生型 phb mRNA 扩大了[ 25] 。最
近研究人员发现, 植物中的 miRNA 不仅可以调控
细胞周期及细胞分化, 还对环境应答和激素应答有
一定的作用。M iR167和 miR160调节编码植物激
素应答因子基因的表达。在拟南芥中, T IR1 蛋白因
子通过与 E3泛蛋白连接酶 SCF 复合物的吲哚乙酸
结合而参与胚轴分化、横向根系形成等生理过程,而
MiR393调控该蛋白的表达 [ 26]。大部分植物 miR
NA 类似于 siRNA, 介导靶 mRNA 降解, 同时有些
miRNA 也可能具有转录后翻译抑制作用。利用拟
南芥突变体的研究发现拟南芥的一些 miRNA 序列
和转座子有关。同时 RNAi对拟南芥 DNA 的甲基
化也有一定的影响, 说明在拟南芥中也存在类似于
线虫的 miRNA 影响转座子功能的作用机制 [ 27]。
7 miRNA的分析方法
迄今发现的 miRNA 主要是通过两种途径获
得,即构建富集 miRNA 的 cDNA 文库和生物信息
学方法[ 28]。前者是首先构建长度为 16~ 28 nt的小
分子 RNAs的 cDNA 文库, 再将这些 cDNA 进行克
隆、测序, 然后将克隆序列用 NCBI 中的 Blastn 软件
在该物种基因组数据库中进行同源性搜索,将具有
同源性的基因组序列用 mfo ld程序进行二级结构预
测分析, 最后将具有发夹结构的小分子 RNA 进行
Northern 杂交以检测其表达情况, 最终将符合 miR
NA 标准的小分子 RNA 鉴定为新的 miRNA。由于
miRNA 的表达丰度低以及在不同的组织和不同的
阶段特异性表达,而且 mRNA和其它内源性的非编
码 RNA 的降解产物具有一定的干扰作用,因而通过
建文库的方法寻找 miRNA 具有明显的局限
性[ 28, 29]。
生物信息学方法是依据在不同的物种中, 其成
熟的 miRNA具有较大的序列同源性以及前体的茎
环结构具有相当大的保守性这一特征在基因组数据
库中搜索新的 miRNA 基因。该方法根据比较基因
组学原理并结合生物信息软件在已测序基因组中进
行搜索比对,根据同源性的高低再进行 RNA二级结
构预测,将符合条件的候选 miRNA 与已经通过实
验鉴定的 miRNA 分子进行比较分析, 最终确定该
物种 miRNA的分布及数量[ 28] 。目前国际上较为普
遍使用的两个计算机分析工具是 miRseeker 和
MiRscan,前者已用于果蝇及昆虫基因组候选基因的
系统分析, 后者则用于线虫和脊椎动物候选基因的
分析[ 10, 30, 31]。这两个工具已经成功鉴定出了大量的
miRNA 基因并通过了实验证实。由于 miRseeker
和 MiRscan 的高灵敏性, 它们已用于人类 miRNA
基因的寻找。由于该方法只能用于已完成基因组测
序的物种,而那些未完成测序的物种就无能为力,而
且由于 miRNA 前体长度的可变性, 故计算机方法
寻找新基因具有一定的遗漏性。所以目前大多数实
验室将计算机分析与实验方法结合使用, 使得 miR
NA 的数量呈几何级数增长。
目前, 对于 miRNA 的研究还处于起步阶段。
虽然已经在许多物种中发现了大量 miRNA 序列,
但是还有许多问题值得人们深思。是否所有的动物
miRNA 以相同的生化机制影响翻译; 是什么细胞信
号指导 miRNA 的转录和加工; miRN A 作用过程中
是否有放大效应; 这些问题都有待于科学家进一步
研究。寻找已知的 miRNA 基因的靶位点的工作进
展并不理想, 现在大多数实验室是利用生物信息学
252005年第 5期 周冬根等: MicroRNA 的结构、生物合成及功能
手段预测 miRNA 所作用的靶基因的功能, 而缺乏
可靠的实验依据。因而寻找并分离出靶基因也是一
项比较艰巨而重大的工作。研究 miRNA 之间,
miRNA 与 mRNA之间, miRNA 与蛋白质之间的关
系具有重大的研究和应用价值。
参 考 文 献
1 RC Lee, RL Feinbaum, V Am bros. Cell , 1993, 75( 306) , 843~
846.
2 BJ Rein hart , et al. Nature, 2000, 403( 6772) : 901~ 906.
3 V Amb ros, B Bartel, et al. RNA, 2003 , 9( 3) : 277~ 279.
4 Y Gard, John Aach, et al. Mol Cell , 2003 , 11( 5) : 1253~ 1263.
5 J Dost ie, Z Mour elatos, et al. RNA, 2003, 9( 2) : 180~ 186.
6 Doen ch JG, Peters en C P, Sh arp PA. Genes Dev, 2003, 17 ( 5 ) ,
1179~ 1186.
7 ShaoYao Ying, Sh iLun g Lin. Bioch em Biop hys Res Commun ,
2005, 326( 3) : 515~ 520.
8 Yan Zeng, BR Cu llen. RNA, 2003, 9( 2) : 112~ 123.
9 LagosQuintana, M Rauhut , et al. RNA, 2003 , 9( 2) : 175~ 179.
10 David P, Bartel. C ell, 2004 , 116( 2) : 281~ 297.
11 Catherin e A, Kidner, Rob ert A. Mart iens sen. T rends Genet ,
2003 , 19( 1) : 13~ 16.
12 Ahmet M , Denli1, Bast iaan B, J T ops , et al. Nature, 2004, 432
( 7014) : 231~ 235.
13 Rlchard l, Greory, et al. Natu re, 2004 , 432( 7014) : 235~ 240.
14 Catherine A, Kidn er, Robert A, M art ienss en. Curr Opin Plant
Biol, 2005, 8( 1) : 38~ 44.
15 E lbashir SM , Lendeckel W, T uschl T . Gen es Dev, 2003, 15( 9) :
1056~ 1061.
16 Park, W Li, et al . Curr Biol, 2002 , 12( 17) : 1484~ 1495.
17 Ji Joon S ong, et al. Nat St ruct Biol , 2003 , 10( 12) : 1026~ 1032.
18 Lin gel A, Simon, et al. Nature, 2003, 426( 6965) : 465~ 469.
19 Lai EC. Nature Genet , 2002, 30( 256) : 363~ 364.
20 G Tang, BJ Reinhart , et al. Genes & Development , 2003, 17: 49
~ 63.
21 Doench JG, Petersen CP, Sharp PA. Gen es Dev, 2003, 17( 5 ) :
1179~ 1186.
22 J ing Q, Huang S, Guth S, et al . Cell, 2005, 120( 5) : 623~ 634.
23 Carrington, JC Amb ros. Science, 2003 , 301( 5631) : 336~ 338.
24 Kaw asaki , H Taira. Natu re, 2003 , 423( 6942) : 838~ 842.
25 Kanellopoulou C, Kuan g AL, et al . Gen es Dev, 2005 , 19( 4) : 489
~ 501
26 Poy MN, Eliass on L, et al. Nature, 2004, 432( 2158) : 226~ 230.
27 V olpe, T Kidner, C H all . S cien ce, 2002, 297( 2479) : 248~ 253.
28 Wang JF, Zhou H , et al. Nu cleic A cids Res, 2004 , 32( 5) : 1688
~ 1695.
29 LagosQuintana, Rauhut , et al . S cien ce, 2001 , 294( 5543) : 853~
858.
30 Lai E C, P Tomancak, RW Williams , G Rubin. Genome Biol ,
2003, 4( 7) : R42.
31 Elizabeth P Murch ison , Greg ory J H ann on . Curr Opin C ell Biol ,
2004 , 16( 3) : 223~ 229.
《农业网络信息》征稿、征订启事
感谢大家多年来对《计算机与农业》杂志的厚爱与支持。2004年本刊经有关部门批准更名为《农业网络
信息》。本刊将在保持原有好的内容基础上做进一步调整、版面扩大,增加网络与电子商务/政务、信息教育、
农业实验与农业论坛等方面的新栏目, 使《农业网络信息》杂志的内容在科学性、真实性、知识性和趣味性的
基础上更加丰富、翔实。本刊服务宗旨不变, 面向从事计算机和信息技术应用研究的科技人员;各省、市、县
(乡镇)级农业及相关企事业单位、大专院校师生、农业技术推广人员、农业网站及软硬件企业、电脑用户和电
脑爱好者。我们希望大家踊跃投稿和订阅《农业网络信息》杂志。
征稿范围: 1.有关计算机农业应用的研究论文、专题报告、综述; 发明、专利、软件、资源建设与管理等;
2.信息技术应用、上网技巧、故障排除、防护技术等;
3.网络建设及电子商务/政务方面各地区开发、示范试点、市场运营、经验教训等;
4.电脑新产品、先进企业、咨询服务、行业动态、信息教育、最新报道;
5.国外科技、译文综述、未来世界、现代农业科技、农产品供求及致富信息等。
订 阅:可到邮局订阅或汇款到我编辑部(免邮寄费)。月刊, 大 16开本, 8元/册,邮发代号 18270
编辑部地址: 100081 北京市海淀区中关村南大街 12号中国农业科学院农业信息研究所《农业网络信
息》编辑部
Email:nyw lx x@ caas. net . cn 联系电话: 01068919657 网址: www . itagr i. net
26 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 5期