会员登录
当前位置:新闻中心

【前沿进展】内源miRNA抑制:ceRNA的研究进展

发布日期:2016年04月28日   浏览次数1053

        21世纪以来,非编码RNA的研究突飞猛进,各种不同的RNA名词被发布,如miRNA、piRNA、qiRNA、lncRNA、circRNA等,其中ceRNA是最近几年非常热门的研究方向。很多初次接触这个领域的研究者可能认为ceRNA也是某一种RNA,其实,ceRNA并不是一种新的RNA分子,只是一种新发现的基因表达调节机制。ceRNA(competitive endogenous RNA,竞争性内源RNA)假说是对miRNA→RNA学说的补充,认为存在反向RNA→miRNA作用方式,ceRNA通过与miRNA反应原件(如目的基因3’UTR等序列)竞争相同的miRNA,进而调节靶基因转录本的表达。最近,Nature Reviews Genetics上发表了一篇综述,仔细衡量了支持和质疑ceRNA理论的各项证据,总结了目前ceRNA的研究情况和前景展望。

        ceRNA假说是在2011年由著名癌症遗传学家Pier Paolo Pandolfi教授率先提出的。该假说指出,共享miRNA结合位点的转录本会竞争结合相同的miRNA,由此调控彼此的表达水平。这些转录本起到了内源性miRNA海绵的作用。当ceRNA表达沉默时,mRNA则在miRNA介导的沉默复合体(RISC)作用下降解;而当ceRNA被转录后,可竞争结合RISC复合物,降低miRNA抑制功能,从而上调靶基因的表达量。

 

        相比于miRNA调控网络,ceRNA调控网络更为精细复杂,涉及到更多的RNA分子。

        miRNA研究中常用的人工miRNA抑制剂就属于ceRNA的范畴。反义核酸(Anti-miR,Inhibitor,Antagomir等)和miRNA海绵(miRNA sponge)是目前最常用的miRNA抑制工具。反义核酸是人工合成的与miRNA几乎完全互补的单链RNA寡核苷酸,可通过不同的化学修饰方法来增强其稳定性。miRNA海绵则是人为构建的带有多个目的miRNA结合位点的载体,在强启动子的作用下进行稳定表达,竞争性的 结合目的miRNA,从而将靶mRNA去抑制。由miRNA海绵的特点也可以推论,mRNA也能够起ceRNA的功能,具有共同miRNA靶位点的mRNA能够相互竞争目的miRNA,彼此之间存在调控关系。

        环状RNA(circRNA)是新兴的非编码RNA研究热点。circRNA来自于mRNA前体(pre-mRNA)的反向剪接。尽管circRNA是由外显子序列构成,但是一般并不翻译成蛋白。circRNA呈封闭环状结构,不受RNA外切酶影响,虽然环状RNA通常表达水平较低,但在体内的稳定性较高。circRNA的表达存在细胞和组织特异性,说明其具有重要的生物学意义。目前有报道证明具有ceRNA功能的环状RNA例如:在中枢神经系统中影响miR-7靶标基因活性的cIRS-7(CDR1-AS)、影响miR-138功能活性的cir-Sry和在食管鳞癌中影响miR-7、miR-17和miR-214活性的cir-ITCH。

        长非编码RNA(lncRNA)是200个核苷酸以上的转录本,在癌症等多种疾病中起到了重要的调控作用。目前认为,lncRNA的功能之一是抑制miRNA的作用,有报道证明小鼠胚胎干细胞中88%的的lncRNA与转录因子的mRNA共享同样的miRNA结合位点,调控转录因子的表达。此外,部分假基因以及某些病毒的RNA也被报道能够行使ceRNA的功能。

        ceRNA的研究通常与miRNA的研究切入点相似。在进行miRNA与靶基因的预测的同时,通过基因芯片/高通量测序等手段,分别研究同一样本中miRNA和基因的表达谱。如果在表达谱结果中,预测出来的miRNA与其靶基因的表达量呈现负相关,那么miRNA可能通过经典途径进行mRNA的转录后抑制;而如果miRNA与其靶基因的表达量呈现正相关,则有可能存在ceRNA的机制。之后,预测此miRNA的其他mRNA靶点,筛选可能存在的ceRNA机制。这种筛选的依据主要有:与靶基因共表达、能影响靶基因的表达水平、这种影响作用是目的miRNA依赖的等。ceRNA关系初步建立之后,还应通过体内实验等手段,预测及验证这种ceRNA机制所介导的生物学机制和功能。

当然,虽然目前ceRNA的研究已经取得了一定进展,但是仍然处于假说阶段,缺乏决定性的证据。亦有研究指出,单个转录本表达水平的生理性改变,一般不能影响miRNA的活性,大多数活跃miRNA不容易受ceRNA竞争的影响,ceRNA变化对miRNA的抑制作用影响不大。此外,ceRNA的研究也存在一些难点。首先,细胞中的自然条件很难控制,人为表达基因很容易过量,无法模拟体内常态的ceRNA作用。其次,目前可用的预测工具还不多,大多数miRNA-mRNA预测均基于3’UTR序列,具有一定的局限。总之,ceRNA假说为miRNA的研究开拓了新的方向,miRNA作为研究最早最深入的非编码RNA,在ceRNA假说中处于核心位置。可以预见,miRNA将在今后带动整体非编码RNA领域研究的发展。

参考资料:
Thomson DW, Dinger ME. Endogenous microRNA sponges: evidence and controversy. Nat Rev Genet. 2016 May;17(5):272-83.

地址:北京市海淀区西小口路66号东升科技园(北领地)C7-3 电话:800-990-6057
京ICP备14016832   京公网安备11010802015827  天根生化科技(北京)有限公司 © 版权所有