全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 17卷 第 3期
2005年 6月
Vol. 17, No.3
Jun., 2005
microRNA研究进展
华友佳，肖华胜*
（生物芯片上海国家工程研究中心，上海 2012 03）
摘　要：小分子 RNA家族中的一员——microRNA，是一段非常短的非编码 RNA序列，对多种生物
学过程起调控作用。本文试从microRNA的结构特点、合成及作用机制和功能等方面对microRNA的研
究进展作一个简单回顾。
关键词：microRNA(miRNA); Drosha；Dicer；siRNA
中图分类号：Q5 22　　文献标识码：A
Progresses on the microRNA study
HUA You-Jia, XIAO Hua- Sheng*
(National Engineering Center for Biochip at Shanghai, Shanghai 201203 , China)
Abstract: microRNA, one of the small molecular RNA family, is a very small section of non-coding RNA sequence,
which can regulate several biological processes. This review tries to have a brief introduction on the progresses
on microRNA study, such as the structure, the biogenesis, processing and the function
Key words: microRNA（miRNA）；Drosha；Dicer；siRNA
文章编号 ：1004-0374(2005)03-0278-04
收稿日期： 2004-12-16；修回日期：2005-02-23
基金项目：“86 3”项目功能基因组和生物芯片重大专项“20 02AA2Z200 2”资助
作者简介：华友佳( 1 9 8 1 —)，男，在读博士生；肖华胜( 1 9 6 8 —)，男，副研究员，* 通讯作者。
作为Science 2002年十大科技突破的第一名——
microRNA成为生物学研究的一大焦点，它在生物
的发育时序调控和疾病的发生中起到非常重要的作
用。研究发现，microRNA与 siRNA有很多相似之
处，但也有很大不同，对它的研究将会对转录后基
因调节领域的发展产生深远影响。
1　microRNA的概念与特征
microRNA(miRNA)是一类长度很短的非编码调
控单链小分子 RNA，约 20~24 nt(少数小于 20 nt
的)，由一段具有发夹环结构的长度为 70~80 nt的
单链 RNA前体(pre-miRNA)剪切后生成。它通过与
其目标mRNA分子的3端非编码区域(3-untranslated
region, 3 UTR)互补匹配导致该mRNA分子的翻译
受到抑制。miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因
簇等多种形式存在于基因组中，而且绝大部分定位
于基因间隔区。其转录独立于其他基因，并不翻译
成蛋白质，而是在体内代谢过程中起到多种调控作
用。miRNA在各个物种间具有高度的进化保守性，
并且在茎部的保守性更强；但在环部可以容许更多
的突变位点存在。
最早发现的 miRNA 是在线虫中的 l e t -7 [1]和
lin-4 [2]。运用多种实验方法以及生物信息学方法，
已经找到了数百种miRNA(表 1)。
许多miRNA在表达上具有阶段性和组织特异
性[3]，例如在拟南芥中，mir-157在幼苗中高表达,
mir-171则在花中高表达[4]。这种特异性对miRNA调
控功能的作用有重要意义。
表1　模式生物的miRNA种类数*
模式生物 人 小鼠 大鼠 果蝇 线虫 拟南芥
miRNA 227 230 191 78 116 114
*http: //www.sanger.ac.uk/cgi-bin/rfam/mirna/browse.pl
279第3期 华友佳，等：microRNA研究进展
2　miRNA的合成和作用机制
图 1 所示的是 miRNA合成及作用通路(并附
siRNA的通路以作比较)。在细胞核内编码miRNA的
基因转录成 pri-microRNA(pri-miRNA)。pri-miRNA
在一种Drosha RNase[5]的作用下，剪切为约 70个核
苷酸长度，具有茎环结构的 m i R N A 前体( p r e -
miRNA)。pre-miRNA在Ran-GTP依赖的核质 /细胞
质转运蛋白 Exportin 5的作用下，从核内运输到胞
质中[6]。在Dicer酶[7](双链RNA专一性RNA内切酶)
的作用下，miRNA前体被剪切成 21~25个核苷酸长
度的双链miRNA[8]。起初，成熟miRNA与其互补
序列互相结合成所谓miRNA:miRNA* 双螺旋结构
(miRNA*是miRNA的互补序列)[9~11]; 随后，双螺旋
解旋，其中一条结合到RNA诱导的基因沉默复合物
(RNA-induced silencing complex，RISC)中，形成
非对称RISC复合物(asymmetric RISC assembly)[12~13]。
该复合物会结合到目标靶mRNA上，在大多数情况
下(例如在动物中)，复合物中的单链miRNA与靶
mRNA的 3 UTR不完全互补配对，从而阻断该基因
的翻译过程。该翻译抑制的详细机理尚不清楚。
Drosha酶介导从pri-miRNA到~70 nt pre-miRNA
的剪切过程[5,14]，该过程发生在核内。Drosha 和
Dicer酶均为RNaseIII家族的成员。RNaseIII是双链
RNA特异性核酸内切酶，其家族共分三类(图 2): 第
一类含一个保守的 RNaseIII域和一个与之相邻的双
链 RNA结合区域(dsRNA-binding domain，dsRBD);
第二类包括 D r os ha 及其同源物，含相继的两个
RNaseIII域和一个 dsRBD，以及一段未知功能的氨
基末端延伸区域；第三类是 D i c e r 及其同源物。
Drosha的剪切位点位于每个茎环结构两侧的茎部，
且通常相互错开两个核苷酸(图 3 )。研究表明，
Drosha剪切位点的上游~20 nt和下游25 nt对Drosha
的剪切起到关键作用[5]，而茎环结构内部的环或突
起的改变并不会对剪切过程产生重大影响。减少末
端环的长度、破坏茎部的互补配对以及剪切位点所
在序列的缺失或突变都会显著减弱 Drosha对 pri-
miRNA的剪切效率。
Dicer酶介导从 ~ 70 nt pre-miRNA到 ~ 22 nt 成
熟 mi R N A 的剪切过程。它含一个假定的螺旋酶
图1　miRNA合成机制及功能示意图
图3　pre-miRNA结构模式示意图(标注Drosha酶作用位点)
图2　RNaseIII家族结构模式图
280 生命科学 第17卷
(Helicase)区域、一个DUF283域、一个 PAZ(Piwi-
Argonaute–Zwille)域、相继的两个RNaseIII域(RIII a
和 RIII b)和一个 dsRBD[7](图 4)。与其他 RNase III
家族的酶相比，Dicer多了 PAZ域，这个区域对它
的功能至关重要[15~ 17]。Dicer 酶的 PAZ域可识别
Dros ha 剪切产物的末端，并将第二个 RNa seIII
(RNaseIII b)定位在miRNA前体的茎部[18]。Dicer家
族中那些PAZ域缺失的成员不会介导miRNA的成熟
过程，但是依然具有剪切酶的活性，这点类似于
Drosha酶。在Dicer的作用过程中，对于双链有效
的剪切需要二聚化的 RNaseIII域。这是由于依据已
知的 RNaseIII结构，功能催化位点仅在 RNaseIII二
聚体的交界处形成。这就可以理解为何Drosha家族
和Dicer家族的两个RNaseIII域均在空间上前后紧密
相邻。由于Dicer包含与Drosha相似的结构，因此
也可以部分替代后者的功能[5]，但效率较低。
有趣的是，在细胞核内也观测到 Dicer 的存
在，但它不参与miRNA通路。Drosha剪切产生的
pre-miRNA必须由转运蛋白 Exportin5转移至核外，
再由那里的 Dicer继续剪切过程。这说明 Dicer对
miRNA通路的作用依赖于细胞质环境，但其机制尚
不清楚。
在miRNA:miRNA* 双螺旋中，只有其中一条
单链可以选择性结合到 R I S C 上去而成为成熟
miRNA，随后另一条立即被降解。尽管从理论上来
说，成熟miRNA的产生是随机选择的结果，但由
于两条链的稳定性有所不同，导致机会的不等。
图 5是miRNA:miRNA* 双螺旋的结构，两条链
的 3 端均有 2 个游离核苷酸( 2 - n u c l e o t i d e 3
overhangs)。此外，它的两条链是不完全配对的：
miRNA链上靠近5端有一个不与miRNA*链相应位
置配对的小突起。这个小突起显著地减弱了miRNA
链 5端的稳定性。由于成熟miRNA的产生总是趋
向于选择更不稳定的 5端[12~13]，因此，miRNA链
被选中的机会要大大多于miRNA*链(大约 100倍)。
结果往往是双链解开后miRNA链结合到 RISC中以
作靶识别，而miRNA*链则迅速被降解。这样极度
不对称的选择性的好处是，不会因为miRNA*链结
合到RISC中的比例过多而显著降低microRNA对翻
译的抑制效率。另外，成熟miRNA 5端的 8~10 nt
在与靶mRNA的结合中比后 12~14 nt更为重要，这
可能与 5 端的小突起有关。反之，在极少的情况
下，miRNA:miRNA* 双螺旋的两条链具有相似的稳
定性，其分别结合到 RISC上的概率也相似，这已
经为实验所证实[12]。同样地，如果改变 siRNA双
链的结构，使两条链的稳定性有差异，则 5 端更
不稳定的那条链将更有可能结合到 RISC上去[12~13]。
3　miRNA功能意义
在植物中，大多数的miRNA介导其靶mRNA
的降解。例如，最近发现的mir-196即介导其靶基
因Hoxb8的mRNA剪切[19]。植物中的miRNA与相
应的靶mRNA近似完全配对，并且互补区域散布在
靶mRNA的转录区域内而非仅仅局限在 3 UTR，使
得miRNA会结合到包括编码区域在内的多个位点上
去，从而直接降解mRNA而非抑制其翻译。图 1虚
线箭头所示的即为这一功能。唯一例外的是
mir-172，它在拟南芥的花朵发育中介导翻译抑制。
与动物miRNA不同的是，mir-172的互补位点与其
靶基因APETALA 2(AP2)的互补位点落在编码区域而
非 3 UTR[20]。可以发现，植物中的miRNA功能与
siRNA的功能非常相似。
在动物中，针对数种模式生物(人、小鼠、果
蝇、线虫)的miRNA所做的研究已经非常深入。最
早发现的miRNA基因是线虫中的 lin-4，它编码一段
22 nt长度的 RNA片段，调控其靶基因 lin-14[2,21]和
lin-28[22]的表达，对线虫幼虫发育起重要的调节作
用。第二个发现的是 let-7，调控其靶基因 lin-41[1,23]
和 hbl-1[24~25]的表达。在小鼠中的组织特异性筛选揭
示了大约 20种脑部特异性miRNA，其中mir-124是
含量最丰富的脑部特异性miRNA[26~27]。在果蝇中，
mir-14抑制细胞死亡并参与脂肪代谢[28]。一些脑部
特异性miRNA在类维生素A酸诱导的胚胎肿瘤细胞
神经系统分化中处于上游调控的位置。在线虫中，
lsy-6介导化学感受器左 /右不对称表达[29]。此外，
还猜测miRNA在突触连接过程中起作用，例如在记
忆形成过程中保证输入特异性的假想机制[30]。一些
miRNA所处的位点很特殊，例如mir-175的基因编
图4　Dicer域结构模式图(线虫DCR-1)
图5　miRNA∶miRNA* 双螺旋结构示意图
281第3期 华友佳，等：microRNA研究进展
码序列就位于与Waisman综合症相关的基因组区
域[31]，Waisman综合症是早期肇端帕金森病以及X
染色体偶联智力缺陷的一种形式。
[参　考　文　献]
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