microRNA - microRNA

Diagram over mikroRNA (miRNA) handling med mRNA
Eksempler på miRNA-stamme-sløyfer, med de modne miRNA-ene vist med rødt

Et mikroRNA (forkortet miRNA ) er et lite enkeltstrenget ikke-kodende RNA- molekyl (inneholdende omtrent 22 nukleotider ) som finnes i planter, dyr og noen virus, som fungerer i RNA-demping og post-transkripsjonell regulering av genuttrykk . miRNA-er fungerer via baseparring med komplementære sekvenser i mRNA- molekyler. Som et resultat dempes disse mRNA -molekylene ved en eller flere av følgende prosesser: (1) spaltning av mRNA -strengen i to deler, (2) destabilisering av mRNA gjennom forkortelse av poly (A) halen , og ( 3) mindre effektiv oversettelse av mRNA til proteiner av ribosomer .

miRNAer ligner de små forstyrrende RNAene (siRNAene) til RNA-interferens (RNAi) -veien, bortsett fra at miRNA stammer fra regioner av RNA-transkripsjoner som brettes tilbake på seg selv for å danne korte hårnål, mens siRNA stammer fra lengre områder av dobbeltstrenget RNA . Det menneskelige genomet kan kode for over 1900 miRNA, selv om nyere analyse tyder på at tallet er nærmere 2300. Imidlertid representerer bare omtrent 500 humane mikroRNA bona fide miRNA i den manuelt kuraterte miRNA -gendatabasen MirGeneDB .

miRNA er rikelig i mange pattedyrcelletyper og som ekstracellulære sirkulerende miRNA . Sirkulerende miRNA frigjøres til kroppsvæsker inkludert blod og cerebrospinalvæske og har potensial til å være tilgjengelig som biomarkører i en rekke sykdommer. MiRNA ser ut til å målrette om lag 60% av genene til mennesker og andre pattedyr. Mange miRNA er evolusjonært konservert, noe som innebærer at de har viktige biologiske funksjoner. For eksempel har 90 familier av miRNA blitt bevart siden i det minste den vanlige stamfaren til pattedyr og fisk, og de fleste av disse bevarte miRNA -ene har viktige funksjoner, som vist ved studier der gener for ett eller flere familiemedlemmer har blitt slått ut hos mus.

Historie

Det første miRNA ble oppdaget på begynnelsen av 1990 -tallet. Imidlertid ble miRNA ikke anerkjent som en distinkt klasse biologiske regulatorer før på begynnelsen av 2000 -tallet. miRNA -forskning avslørte forskjellige sett med miRNA uttrykt i forskjellige celletyper og vev og flere roller for miRNAs i plante- og dyreutvikling og i mange andre biologiske prosesser. Avvikende miRNA -uttrykk er implisert i sykdomstilstander. MiRNA-baserte terapier er under etterforskning.

Det første miRNA ble oppdaget i 1993 av en gruppe ledet av Ambros og inkludert Lee og Feinbaum. Ytterligere innsikt i handlingsmåten krever imidlertid samtidig publisert arbeid av Ruvkuns team, inkludert Wightman og Ha. Disse gruppene publiserte back-to-back-artikler om lin-4- genet, som var kjent for å kontrollere tidspunktet for C. elegans larveutvikling ved å undertrykke lin-14- genet. Da Lee et al. isolerte lin-4 miRNA, fant de at i stedet for å produsere et mRNA som koder for et protein, produserte det korte ikke-kodende RNA , hvorav den ene var et ~ 22-nukleotid-RNA som inneholdt sekvenser som delvis var komplementære til flere sekvenser i 3 'UTR av lin-14 mRNA. Denne komplementariteten ble foreslått for å hemme oversettelsen av lin-14 mRNA til LIN-14-proteinet. På den tiden ble lin-4- lille RNA antatt å være en nematode- særegenhet.

I 2000 ble et annet lite RNA karakterisert: let-7 RNA, som undertrykker lin-41 for å fremme en senere utviklingsovergang i C. elegans . Den la-7 RNA ble funnet å være konservert i mange arter, som fører til forslaget om at la-7 RNA og ytterligere "små tidsmessige RNAer" kan regulere tidspunktet for utviklingen i forskjellige dyr, inkludert mennesker.

Et år senere ble lin-4 og let-7 RNA funnet å være en del av en stor klasse med små RNA som finnes i C. elegans , Drosophila og humane celler. De mange RNAene i denne klassen lignet lin-4 og let-7 RNA, bortsett fra at uttrykksmønstrene deres vanligvis var uforenlige med en rolle i regulering av tidspunktet for utvikling. Dette antydet at de fleste kan fungere i andre typer regulatoriske veier. På dette tidspunktet begynte forskere å bruke begrepet "microRNA" for å referere til denne klassen av små regulatoriske RNA.

Den første menneskelige sykdommen assosiert med deregulering av miRNA var kronisk lymfatisk leukemi . I denne lidelsen har miRNAene en dobbel rolle som både tumorsuppressorer og onkogener.

Nomenklatur

Under et standard nomenklatursystem tildeles navn til eksperimentelt bekreftede miRNA før publisering. Prefikset "miR" etterfølges av en strek og et tall, sistnevnte indikerer ofte navngivningsrekkefølge. For eksempel ble miR-124 navngitt og sannsynligvis oppdaget før miR-456. Et stort "miR-" refererer til den modne formen av miRNA, mens det ukapitaliserte "mir-" refererer til pre-miRNA og pri-miRNA. De miRNA-kodende genene er også navngitt ved hjelp av det samme tre-bokstavs prefikset i henhold til konvensjonene i organismenes nomenklatur. For eksempler er de offisielle miRNA-gennavnene i noen organismer " mir-1 i C. elegans og Drosophila, Mir-1 i Rattus norvegicus og MIR-25 hos mennesker.

miRNA med nesten identiske sekvenser bortsett fra ett eller to nukleotider er merket med en ekstra liten bokstav. For eksempel er miR-124a nært beslektet med miR-124b. For eksempel:

hsa-miR-181a :aacauucaACgcugucggugAgu
hsa-miR-181b :aacauucaUUgcugucggugGgu

Pre-miRNAs, pri-miRNAs og gener som fører til 100% identiske modne miRNAs, men som er plassert på forskjellige steder i genomet, er angitt med et ekstra streke-nummer-suffiks. For eksempel fører pre-miRNAs hsa-mir-194-1 og hsa-mir-194-2 til et identisk modent miRNA (hsa-miR-194), men er fra gener som befinner seg i forskjellige genomregioner.

Opprinnelsesarter er angitt med et prefiks på tre bokstaver, f.eks. Hsa-miR-124 er et menneske ( Homo sapiens ) miRNA og oar-miR-124 er et sauer ( Ovis aries ) miRNA. Andre vanlige prefikser inkluderer "v" for viral (miRNA kodet av et viralt genom) og "d" for Drosophila miRNA (en fruktflue som vanligvis studeres i genetisk forskning).

Når to modne mikroRNA stammer fra motsatte armer av det samme pre -miRNA og finnes i omtrent like store mengder, er de betegnet med et suffiks på -3p eller -5p. (Tidligere ble dette skillet også gjort med "s" ( fornuft ) og "som" (antisense)). Imidlertid er det modne mikroRNA funnet fra den ene armen i hårnålen vanligvis mye mer rikelig enn det som er funnet fra den andre armen. I så fall indikerer en stjerne etter navnet den modne arten som finnes på lave nivåer fra den motsatte armen til en hårnål. For eksempel deler miR-124 og miR-124* en hårnål før miRNA, men mye mer miR-124 finnes i cellen.

Mål

Plante-miRNA har vanligvis nesten perfekt sammenkobling med sine mRNA-mål, noe som induserer genrepresjon gjennom spaltning av måltranskripsjonene. I kontrast er dyre miRNAer i stand til å gjenkjenne sine mål -mRNA ved å bruke så få som 6-8 nukleotider (frøregionen) i 5' -enden av miRNA, noe som ikke er nok sammenkobling til å indusere spaltning av mål -mRNAene. Kombinerende regulering er et trekk ved miRNA -regulering hos dyr. Et gitt miRNA kan ha hundrevis av forskjellige mRNA -mål, og et gitt mål kan reguleres av flere miRNA -er.

Estimater av gjennomsnittlig antall unike messenger -RNA som er mål for undertrykkelse av et typisk miRNA varierer, avhengig av estimeringsmetoden, men flere tilnærminger viser at pattedyr -miRNA kan ha mange unike mål. For eksempel viser en analyse av miRNA -ene som er sterkt konservert hos virveldyr at hver har i gjennomsnitt omtrent 400 bevarte mål. På samme måte viser eksperimenter at en enkelt miRNA -art kan redusere stabiliteten til hundrevis av unike messenger -RNA. Andre eksperimenter viser at en enkelt miRNA-art kan undertrykke produksjonen av hundrevis av proteiner, men at denne undertrykkelsen ofte er relativt mild (mye mindre enn 2 ganger). Den første menneskelige sykdommen som ble oppdaget å være assosiert med deregulering av miRNA, var kronisk lymfatisk leukemi . Andre maligne B -celler fulgte.

Biogenese

MiRNA-biogenesis.jpg

Så mange som 40% av miRNA -genene kan ligge i intronene eller til og med eksonene til andre gener. Disse er vanligvis, men ikke utelukkende, funnet i en forstandsorientering, og reguleres derfor vanligvis sammen med vertsgenene.

DNA-malen er ikke det siste ordet om moden miRNA-produksjon: 6% av menneskelige miRNA viser RNA-redigering ( IsomiRs ), den stedsspesifikke modifikasjonen av RNA-sekvenser for å gi produkter som er forskjellige fra de som er kodet av deres DNA. Dette øker mangfoldet og omfanget av miRNA -handling utover det som er implisert fra genomet alene.

Transkripsjon

miRNA -gener blir vanligvis transkribert av RNA -polymerase II (Pol II). Polymerasen binder ofte til en promotor som finnes i nærheten av DNA-sekvensen, og koder for det som skal bli hårnålssløyfen til pre-miRNA. Den resulterende transkripsjonen er avdekket med et spesielt modifisert nukleotid i 5' -enden, polyadenylert med flere adenosiner (en poly (A) hale) og spleiset . Dyre miRNA transkriberes opprinnelig som en del av en arm av en ∼80 nukleotid RNA stamme-sløyfe som igjen utgjør en del av en flere hundre nukleotid-lang miRNA-forløper kalt en pri-miRNA. Når en stamløkke-forløper er funnet i 3'-UTR, kan et transkripsjon fungere som et pri-miRNA og et mRNA. RNA -polymerase III (Pol III) transkriberer noen miRNA -er, spesielt de med oppstrøms Alu -sekvenser , overførings -RNA -er (tRNA) og mammalian wide interspersed repeat (MWIR) promotorenheter.

Kjernefysisk behandling

En krystallstruktur av det menneskelige Drosha- proteinet i kompleks med de C-terminale spiralene til to DGCR8- molekyler (grønn). Drosha består av to ribonuklease III -domener (blå og oransje); et dobbeltstrenget RNA-bindende domene (gult); og en kontakt/plattformdomen (grå) som inneholder to bundne sinkioner (sfærer). Fra PDB : 5B16 .

Et enkelt pri-miRNA kan inneholde fra en til seks miRNA-forløpere. Disse hårnålssløyfestrukturer består av omtrent 70 nukleotider hver. Hver hårnål er flankert av sekvenser som er nødvendige for effektiv behandling.

Den dobbeltstrengede RNA (dsRNA) strukturen til hårnålene i et pri-miRNA gjenkjennes av et atomprotein kjent som DiGeorge Syndrome Critical Region 8 (DGCR8 eller "Pasha" hos virvelløse dyr), oppkalt etter dets tilknytning til DiGeorge Syndrome . DGCR8 forbinder seg med enzymet Drosha , et protein som kutter RNA, for å danne mikroprosessorkomplekset . I dette komplekset orienterer DGCR8 det katalytiske RNase III-domenet til Drosha for å frigjøre hårnålene fra pri-miRNA ved å spalte RNA omtrent elleve nukleotider fra hårnålbasen (en spiralformet dsRNA blir til stammen). Det resulterende produkt har et to-nukleotidoverheng i 3'-enden; den har 3 'hydroksyl- og 5' fosfatgrupper. Det kalles ofte som et pre-miRNA (forløper-miRNA). Sekvensmotiver nedstrøms pre-miRNA som er viktige for effektiv behandling er identifisert.

Pre-miRNA som er spleiset direkte ut av introner, som omgår mikroprosessorkomplekset, er kjent som " Mirtrons ." Opprinnelig antatt å eksistere bare hos Drosophila og C. elegans , har mirtroner nå blitt funnet hos pattedyr.

Så mange som 16% av pre-miRNA kan endres gjennom kjernefysisk RNA-redigering . Vanligvis katalyserer enzymer kjent som adenosindeaminaser som virker på RNA (ADAR) adenosin til inosin (A til I). RNA-redigering kan stoppe kjernefysisk behandling (for eksempel av pri-miR-142, noe som fører til nedbrytning av ribonukleasen Tudor-SN) og endre nedstrøms prosesser, inkludert cytoplasmatisk miRNA-prosessering og målspesifisitet (f.eks. Ved å endre frøområdet til miR-376 i sentralnervesystemet).

Kjernefysisk eksport

Det menneskelige exportin-5-proteinet (rødt) i kompleks med Ran-GTP (gult) og et pre-mikroRNA (grønt), som viser gjenkjenningselement med to nukleotider (oransje). Fra PDB : 3A6P .

Pre-miRNA hårnål eksporteres fra kjernen i en prosess som involverer den nukleocytoplasmiske transportøren Exportin-5 . Dette proteinet, et medlem av karyopherin-familien , gjenkjenner et to-nukleotidoverheng som er igjen av RNase III-enzymet Drosha i 3'-enden av pre-miRNA-hårnålen. Exportin-5-mediert transport til cytoplasma er energiavhengig, ved bruk av guanosintrifosfat (GTP) bundet til Ran- proteinet.

Cytoplasmatisk behandling

I cytoplasma spaltes pre-miRNA-hårnålen av RNase III-enzymet Dicer . Denne endoribonukleasen interagerer med 5 'og 3' ender av hårnålen og kutter bort sløyfen som forbinder 3 'og 5' armene, noe som gir et ufullkommen miRNA: miRNA* dupleks på omtrent 22 nukleotider i lengde. Total hårnålelengde og sløyfestørrelse påvirker effektiviteten til Dicer -behandling. Den ufullkomne naturen til miRNA: miRNA* -paringen påvirker også spaltning. Noen av de G-rike pre-miRNA-ene kan potensielt adoptere G-quadruplex- strukturen som et alternativ til den kanoniske stamme-sløyfestrukturen. For eksempel vedtar human pre-miRNA 92b en G-quadruplex struktur som er motstandsdyktig mot Dicer-mediert spaltning i cytoplasma . Selv om begge deler av dupleksen potensielt kan fungere som et funksjonelt miRNA, er bare en streng vanligvis inkorporert i det RNA-induserte lyddempingskomplekset (RISC) der miRNA og dets mRNA-mål samhandler.

Mens flertallet av miRNA er lokalisert i cellen, har noen miRNA, ofte kjent som sirkulerende miRNA eller ekstracellulære miRNA, blitt funnet i ekstracellulært miljø, inkludert forskjellige biologiske væsker og cellekulturmedier.

Biogenese i planter

miRNA -biogenese i planter skiller seg fra animalsk biogenese hovedsakelig i trinnene med kjernefysisk prosessering og eksport. I stedet for å bli spaltet av to forskjellige enzymer, en gang inne og en gang utenfor kjernen, utføres begge spaltninger av plantens miRNA av en Dicer-homolog, kalt Dicer-like1 (DL1). DL1 uttrykkes bare i kjernen til planteceller, noe som indikerer at begge reaksjonene finner sted inne i kjernen. Før plante miRNA: miRNA* duplekser transporteres ut av kjernen, metyleres dets 3 'overheng av et RNA metyltransferaseprotein kalt Hua-Enhancer1 (HEN1). Dupleksen transporteres deretter ut av kjernen til cytoplasma av et protein kalt Hasty (HST), en Exportin 5 -homolog, hvor de demonteres og det modne miRNA blir inkorporert i RISC.

RNA-indusert lyddempingskompleks

Hovedartikkel: RNA-indusert lyddempingskompleks

Det modne miRNA er en del av et aktivt RNA-indusert lyddempingskompleks (RISC) som inneholder Dicer og mange assosierte proteiner. RISC er også kjent som et mikroRNA -ribonukleoproteinkompleks (miRNP); En RISC med inkorporert miRNA blir noen ganger referert til som en "miRISC."

Dicer behandling av pre-miRNA antas å være kombinert med avvikling av dupleksen. Vanligvis er bare én streng inkorporert i miRISC, valgt på grunnlag av dens termodynamiske ustabilitet og svakere baseparring på 5'-enden i forhold til den andre strengen. Posisjonen til stamme-sløyfen kan også påvirke valg av streng. Den andre strengen, kalt passasjerstrengen på grunn av dens lavere nivåer i steady state, er betegnet med en stjerne (*) og er normalt degradert. I noen tilfeller er begge delene av dupleksen levedyktige og blir funksjonelle miRNA som retter seg mot forskjellige mRNA -populasjoner.

Medlemmer av Argonaute (Ago) proteinfamilien er sentrale i RISC -funksjonen. Argonauter er nødvendige for miRNA-indusert demping og inneholder to konserverte RNA-bindingsdomener: et PAZ-domene som kan binde den enkeltstrengede 3'-enden av det modne miRNA og et PIWI- domene som strukturelt ligner ribonuklease-H og fungerer for å samhandle med 5 ' enden av føringsstrengen. De binder det modne miRNA og orienterer det for interaksjon med et mål -mRNA. Noen argonauter, for eksempel menneskelig Ago2, kløver målutskrifter direkte; argonauter kan også rekruttere ytterligere proteiner for å oppnå translasjonell undertrykkelse. Det menneskelige genomet koder for åtte argonaute proteiner delt med sekvenslikheter i to familier: AGO (med fire medlemmer til stede i alle pattedyrceller og kalt E1F2C/hAgo hos mennesker), og PIWI (funnet i kimlinjen og hematopoietiske stamceller).

Ytterligere RISC komponenter inkluderer TRBP [humant immunsviktvirus (HIV) trans respons RNA (TAR)-bindende protein], PACT (protein aktivator for interferon -indusert protein kinase ), SMN kompleks, skjøre X mental retardasjon protein (FMRP), Tudor stafylokokk nukleasedomenholdig protein (Tudor-SN), den antatte DNA- helikasen MOV10 , og RNA-gjenkjenningsmotivet som inneholder protein TNRC6B .

Modus for lyddemping og reguleringssløyfer

Gendemping kan forekomme enten via mRNA -nedbrytning eller forhindre at mRNA blir oversatt. For eksempel inneholder miR16 en sekvens som er komplementær til det AU-rike elementet som finnes i 3'UTR for mange ustabile mRNA, for eksempel TNF alfa eller GM-CSF . Det har blitt vist at gitt komplett komplementaritet mellom miRNA og mål -mRNA -sekvensen, kan Ago2 spalte mRNA og føre til direkte mRNA -nedbrytning. I mangel av komplementaritet oppnås lyddemping ved å forhindre oversettelse. Forholdet mellom miRNA og dets mål-mRNA kan være basert på den enkle negative reguleringen av et mål-mRNA, men det ser ut til at et vanlig scenario er bruk av en "koherent feed-forward loop", "mutual negative feedback loop" (også kalt dobbel negativ loop) og "positiv tilbakemelding/feed-forward loop". Noen miRNA fungerer som buffere for tilfeldige genuttrykkendringer som oppstår på grunn av stokastiske hendelser i transkripsjon, translasjon og proteinstabilitet. Slik regulering oppnås vanligvis ved hjelp av negative tilbakemeldingssløyfer eller usammenhengende feed-forward loop-frakobling av proteinutgang fra mRNA-transkripsjon.

Omsetning

Omsetning av modent miRNA er nødvendig for raske endringer i miRNA -ekspresjonsprofiler. Under modning av miRNA i cytoplasma antas opptak av Argonaute -proteinet å stabilisere guidestrengen, mens den motsatte (* eller "passasjer") tråden fortrinnsvis blir ødelagt. I det som har blitt kalt en "Bruk det eller miste det" -strategi, kan Argonaute fortrinnsvis beholde miRNA med mange mål fremfor miRNA med få eller ingen mål, noe som fører til nedbrytning av de ikke-målrettede molekylene.

Forfall av modne miRNA i Caenorhabditis elegans formidles av 5'-til-3'- eksoribonukleasen XRN2 , også kjent som Rat1p. I planter degraderer familiemedlemmer fra SDN (små RNA-nedbrytende nukleaser) miRNA i motsatt (3'-til-5 ') retning. Lignende enzymer er kodet i animalsk genom, men deres roller er ikke beskrevet.

Flere miRNA -modifikasjoner påvirker miRNA -stabilitet. Som indikert ved arbeid i modellorganismen Arabidopsis thaliana (thale cress), ser det ut til at modne plantemirnaer stabiliseres ved tilsetning av metylgrupper i 3' -enden. De 2'-O-konjugerte metylgruppene blokkerer tilsetning av uracil (U) rester av uridyltransferase- enzymer, en modifikasjon som kan være assosiert med miRNA-nedbrytning. Imidlertid kan uridylering også beskytte noen miRNA; konsekvensene av denne endringen er ufullstendig forstått. Uridylering av noen dyre miRNA har blitt rapportert. Både plante- og animalsk miRNA kan endres ved tilsetning av adenin (A) rester til 3' -enden av miRNA. Et ekstra A lagt til enden av pattedyr miR-122 , et leveranriket miRNA som er viktig i hepatitt C , stabiliserer molekylet og plante miRNA som slutter med en adeninrest har lavere forfallshastigheter.

Mobilfunksjoner

Interaksjon av microRNA med proteinoversettelsesprosess. Flere mekanismer for oversettelse av oversettelse er vist: M1) på initieringsprosessen, forhindrer montering av initieringskomplekset eller rekruttering av 40S ribosomal subenhet; M2) på ribosomsammenstillingen; M3) om oversettelsesprosessen; M7, M8) om nedbrytning av mRNA. 40S og 60S er lette og tunge komponenter i ribosomet, 80S er det sammensatte ribosomet bundet til mRNA, eIF4F er en translasjonsinitieringsfaktor, PABC1 er Poly-A-bindingsproteinet, og "cap" er mRNA-lokkstrukturen som trengs for mRNA-sirkularisering (som kan være den normale m7G-hetten eller modifisert A-hette). Starten av mRNA kan fortsette på en cap-uavhengig måte, gjennom rekruttering av 40S til IRES ( Internal Ribosome Entry Site ) som ligger i 5'UTR-regionen. Selve arbeidet med RNA -demping utføres av RISC der den viktigste katalytiske underenheten er en av Argonaute -proteiner (AGO), og miRNA fungerer som en mal for å gjenkjenne spesifikke mRNA -sekvenser.

Funksjonen til miRNA ser ut til å være i genregulering. For det formålet er et miRNA komplementært til en del av ett eller flere messenger -RNA (mRNA). Dyr -miRNA er vanligvis komplementære til et sted i 3' -UTR, mens plante -miRNA vanligvis er komplementære til kodende områder av mRNA. Perfekt eller nær perfekt baseparring med mål -RNA fremmer spaltning av RNA. Dette er den primære modusen for plantens miRNA. Hos dyr er match-ups ufullkomne.

For at delvis komplementære mikroRNA skal gjenkjenne sine mål, må nukleotidene 2–7 av miRNA (dets 'frøområde') være perfekt komplementære. Dyre miRNA hemmer proteinoversettelse av mål -mRNA (dette er tilstede, men mindre vanlig hos planter). Delvis komplementære mikroRNA kan også fremskynde deadenylering , noe som får mRNA til å bli degradert tidligere. Selv om nedbrytning av miRNA-målrettet mRNA er veldokumentert, diskuteres det hardt om translasjonell undertrykkelse oppnås gjennom mRNA-nedbrytning, translasjonshemming eller en kombinasjon av de to. Nyere arbeid med miR-430 i sebrafisk, så vel som på bantam-miRNA og miR-9 i Drosophila- dyrkede celler, viser at translasjonell undertrykkelse er forårsaket av forstyrrelse av oversettelsesinitiering , uavhengig av mRNA-deadenylering.

miRNA forårsaker av og til også histonmodifikasjon og DNA -metylering av promotersider , noe som påvirker uttrykk for målgener.

Ni mekanismer for miRNA -handling er beskrevet og satt sammen i en enhetlig matematisk modell:

  • Cap-40S initieringshemming;
  • 60S Ribosomal enhet som forbinder inhibering;
  • Forlengelseshemming;
  • Avlevering av ribosom (for tidlig avslutning);
  • Co-translasjonell begynnende proteinnedbrytning;
  • Sekvestrering i P-legemer;
  • mRNA -forfall (destabilisering);
  • mRNA -spaltning;
  • Transkripsjonell inhibering gjennom mikroRNA-mediert kromatinreorganisering etterfulgt av gendemping.

Det er ofte umulig å skjelne disse mekanismene ved å bruke eksperimentelle data om stasjonære reaksjonshastigheter. Likevel er de differensiert i dynamikk og har forskjellige kinetiske signaturer .

I motsetning til plante -mikroRNAer, er dyrets mikroRNA rettet mot forskjellige gener. Imidlertid har gener som er involvert i funksjoner som er felles for alle celler, for eksempel genuttrykk, relativt færre mikroRNA -målsteder og ser ut til å være under utvalg for å unngå målretting av mikroRNA.

dsRNA kan også aktivere genuttrykk , en mekanisme som har blitt kalt "liten RNA-indusert genaktivering" eller RNAa . dsRNAs rettet mot genpromotorer kan indusere kraftig transkripsjonell aktivering av assosierte gener. Dette ble demonstrert i menneskelige celler ved bruk av syntetiske dsRNAer kalt små aktiverende RNA ( saRNA ), men har også blitt demonstrert for endogent mikroRNA.

Interaksjoner mellom mikroRNA og komplementære sekvenser på gener og til og med pseudogener som deler sekvenshomologi antas å være en bakre kommunikasjonskanal som regulerer ekspresjonsnivåer mellom paraloge gener (gener som har en lignende struktur som indikerer divergens fra et vanlig forfeders gen). Gitt navnet "konkurrerende endogene RNAer" ( ceRNA ), binder disse mikroRNAene seg til "mikroRNA-responselementer" på gener og pseudogener og kan gi en annen forklaring på utholdenheten til ikke-kodende DNA.

Noen undersøkelser viser at mRNA -last av eksosomer kan ha en rolle i implantasjon, de kan redde en vedheft mellom trofoblast og endometrium eller støtte vedheftet ved å nedregulere eller oppregulere ekspresjon av gener som er involvert i vedheft/invasjon.

Videre ser det ut til at miRNA som miR-183/96/182 spiller en nøkkelrolle i døgnrytmen .

Utvikling

miRNA er godt bevart i både planter og dyr, og antas å være en viktig og evolusjonært gammel komponent i genregulering. Mens kjernekomponenter i mikroRNA -banen er bevart mellom planter og dyr , ser det ut til at miRNA -repertoarer i de to kongedømmene har oppstått uavhengig av hverandre med forskjellige primære virkemåter.

mikroRNA er nyttige fylogenetiske markører på grunn av deres tilsynelatende lave evolusjonshastighet. mikroRNAs opprinnelse som en reguleringsmekanisme utviklet fra tidligere RNAi -maskiner som opprinnelig ble brukt som et forsvar mot eksogent genetisk materiale som virus. Deres opprinnelse kan ha tillatt utviklingen av morfologisk innovasjon, og ved å gjøre genuttrykk mer spesifikt og 'finjusterbart', tillot opprettelsen av komplekse organer og kanskje til slutt komplekse liv. Raske utbrudd av morfologisk innovasjon er vanligvis forbundet med en høy grad av mikroRNA -akkumulering.

Nye mikroRNA opprettes på flere måter. Nye mikroRNA kan stamme fra tilfeldig dannelse av hårnål i "ikke-kodende" deler av DNA (dvs. introner eller intergenområder), men også ved duplisering og modifikasjon av eksisterende mikroRNA. mikroRNA kan også dannes fra inverterte duplikasjoner av proteinkodende sekvenser, noe som muliggjør opprettelsen av en sammenfoldet hårnålestruktur. Evolusjonshastigheten (dvs. nukleotidsubstitusjon) i nylig opprinnelige mikroRNA er sammenlignbare med den andre steder i det ikke-kodende DNA, noe som antyder evolusjon ved nøytral drift; eldre mikroRNA har imidlertid en mye lavere endringshastighet (ofte mindre enn en substitusjon per hundre millioner år), noe som tyder på at når et mikroRNA får en funksjon, gjennomgår det rensende utvalg. Individuelle regioner i et miRNA -gen står overfor forskjellige evolusjonære trykk, der regioner som er avgjørende for prosessering og funksjon har høyere bevaringsnivåer. På dette tidspunktet går sjelden et mikroRNA tapt fra et dyrs genom, selv om nyere mikroRNA (dermed antagelig ikke-funksjonelt) ofte går tapt. I Arabidopsis thaliana har nettostrømmen til miRNA -gener blitt spådd å være mellom 1,2 og 3,3 gener per million år. Dette gjør dem til en verdifull fylogenetisk markør, og de blir sett på som en mulig løsning på utestående fylogenetiske problemer som forholdet mellom leddyr . På den annen side korrelerer mikroRNAer i flere tilfeller dårlig med fylogeni, og det er mulig at deres fylogenetiske konkordans i stor grad gjenspeiler en begrenset prøvetaking av mikroRNA.

mikroRNAer finnes i genomene til de fleste eukaryote organismer, fra brunalgene til dyrene. Forskjellen i hvordan disse mikroRNAene fungerer og måten de behandles på, tyder imidlertid på at mikroRNA oppstod uavhengig av hverandre i planter og dyr.

Med fokus på dyrene ser det ut til at genomet til Mnemiopsis leidyi mangler gjenkjennelige mikroRNA, så vel som kjerneproteinene Drosha og Pasha , som er kritiske for kanonisk mikroRNA -biogenese. Det er det eneste dyret som hittil er rapportert å savne Drosha. MikroRNA spiller en viktig rolle i reguleringen av genuttrykk hos alle ikke-ctenofore dyr som er undersøkt så langt bortsett fra Trichoplax adhaerens , det eneste kjente medlemmet av phylum Placozoa .

På tvers av alle artene var over 5000 forskjellige miRNA blitt identifisert innen mars 2010. Selv om korte RNA -sekvenser (50 - hundrevis av basepar) med en stort sett sammenlignbar funksjon forekommer hos bakterier, mangler bakterier ekte mikroRNA.

Eksperimentell deteksjon og manipulasjon

Mens forskere fokuserte på miRNA -uttrykk i fysiologiske og patologiske prosesser, dukket det opp forskjellige tekniske variabler knyttet til mikroRNA -isolasjon. Stabiliteten til lagrede miRNA -prøver har blitt stilt spørsmål ved. mikroRNA brytes ned mye lettere enn mRNA, delvis på grunn av lengden, men også på grunn av allestedsnærværende tilstedeværende RNaser . Dette gjør det nødvendig å avkjøle prøver på is og bruke RNase -fritt utstyr.

mikroRNA-ekspresjon kan kvantifiseres i en to-trinns polymerasekjedereaksjonsprosess av modifisert RT-PCR etterfulgt av kvantitativ PCR . Variasjoner av denne metoden oppnår absolutt eller relativ kvantifisering. miRNA kan også hybridiseres til mikroarrays , lysbilder eller chips med sonder til hundrevis eller tusenvis av miRNA -mål, slik at relative nivåer av miRNA kan bestemmes i forskjellige prøver. mikroRNA kan både oppdages og profileres ved hjelp av sekvenseringsmetoder med høy gjennomstrømning ( mikroRNA-sekvensering ). Aktiviteten til et miRNA kan inhiberes eksperimentelt ved bruk av en låst nukleinsyre (LNA) oligo , en Morpholino oligo eller en 2'-O-metyl RNA oligo. Et spesifikt miRNA kan dempes av en komplementær antagomir . modning av mikroRNA kan inhiberes på flere punkter av sterisk blokkerende oligoer. MiRNA-målstedet til et mRNA-transkript kan også blokkeres av en sterisk blokkerende oligo. For "in situ" påvisning av miRNA, kan LNA eller Morpholino sonder brukes. Den låste konformasjonen av LNA resulterer i forbedrede hybridiseringsegenskaper og øker følsomheten og selektiviteten, noe som gjør den ideell for påvisning av kort miRNA.

Høy gjennomstrømningskvantifisering av miRNA er feilutsatt, for den større variansen (sammenlignet med mRNA ) som kommer med metodologiske problemer. mRNA -uttrykk blir derfor ofte analysert for å se etter miRNA -effekter i nivåene (f.eks. i). Databaser kan brukes til å koble mRNA -og miRNA-data som forutsier miRNA-mål basert på basesekvensen. Selv om dette vanligvis gjøres etter at miRNAer av interesse har blitt oppdaget (f.eks. På grunn av høye ekspresjonsnivåer), har ideer til analyseverktøy som integrerer mRNA - og miRNA -ekspresjonsinformasjon blitt foreslått.

Sykdom

Akkurat som miRNA er involvert i normal funksjon av eukaryote celler, har dysregulering av miRNA vært assosiert med sykdom. En manuelt kurert, offentlig tilgjengelig database, miR2Disease, dokumenterer kjente sammenhenger mellom miRNA -dysregulering og sykdom hos mennesker.

Arvelige sykdommer

En mutasjon i frøområdet til miR-96 forårsaker arvelig progressivt hørselstap.

En mutasjon i frøområdet til miR-184 forårsaker arvelig keratokonus med fremre polar grå stær.

Sletting av miR-17 ~ 92-klyngen forårsaker skjelett- og vekstfeil.

Kreft

Rollen til miRNA i en kreftcelle

Den første menneskelige sykdommen som er kjent for å være assosiert med miRNA -deregulering var kronisk lymfatisk leukemi. Mange andre miRNA har også koblinger til kreft og blir derfor noen ganger referert til som " oncomirs ". I ondartede B-celler deltar miRNA i veier som er grunnleggende for B-celleutvikling som B-celle reseptor (BCR) signalering, B-celle migrasjon/vedheft, celle-celle interaksjoner i immunnisjer og produksjon og klasse-bytte av immunglobuliner. MiRNA påvirker modning av B-celler, generering av pre-, marginal sone, follikulær, B1, plasma og minne B-celler.

En annen rolle for miRNA i kreft er å bruke uttrykksnivået for prognose. I NSCLC- prøver kan lave miR-324 a-nivåer tjene som en indikator på dårlig overlevelse. Enten høye miR-185 eller lave miR-133b-nivåer kan korrelere med metastaser og dårlig overlevelse i tykktarmskreft .

Videre kan spesifikke miRNA være assosiert med visse histologiske undertyper av tykktarmskreft. For eksempel har ekspresjonsnivåer av miR-205 og miR-373 vist seg å øke i mucinøse tykktarmskreft og mucinproduserende ulcerøs kolitt-assosiert tykktarmskreft, men ikke i sporadisk tykktarmsadenokarsinom som mangler slimete komponenter. In vitro-studier antydet at miR-205 og miR-373 funksjonelt kan indusere forskjellige trekk ved mucinøs assosiert neoplastisk progresjon i tarmepitelceller.

Hepatocellulær karsinomcelleproliferasjon kan oppstå fra miR-21-interaksjon med MAP2K3, et tumor-repressorgen. Optimal behandling for kreft innebærer nøyaktig identifisering av pasienter for risikostratifisert terapi. De med rask respons på første behandling kan ha fordeler av avkortede behandlingsregimer, som viser verdien av nøyaktige tiltak for sykdomsrespons. Cellefrie sirkulerende miRNA (cimiRNA) er svært stabile i blodet, overuttrykkes i kreft og er kvantifiserbare i det diagnostiske laboratoriet. Ved klassisk Hodgkin-lymfom er plasma miR-21, miR-494 og miR-1973 lovende biomarkører for sykdomsrespons. Sirkulerende miRNA har potensial til å hjelpe klinisk beslutningstaking og hjelpe tolkning av positronemisjonstomografi kombinert med datastyrt tomografi . De kan utføres ved hver konsultasjon for å vurdere sykdomsrespons og oppdage tilbakefall.

MicroRNA har potensial til å brukes som verktøy eller mål for behandling av forskjellige kreftformer. Det spesifikke mikroRNAet, miR-506, har vist seg å fungere som en tumorantagonist i flere studier. Et betydelig antall livmorhalskreftprøver ble funnet å ha nedregulert ekspresjon av miR-506. I tillegg jobber miR-506 for å fremme apoptose av livmorhalskreftceller, gjennom sin direkte mål pinnsvinet transkripsjonsfaktor, Gli3.

DNA -reparasjon og kreft

Kreft er forårsaket av akkumulering av mutasjoner fra enten DNA -skade eller ukorrigerte feil i DNA -replikasjon . Defekter i DNA -reparasjon forårsaker akkumulering av mutasjoner, noe som kan føre til kreft. Flere gener involvert i DNA -reparasjon reguleres av mikroRNA.

Kimlinjemutasjoner i DNA -reparasjonsgener forårsaker bare 2–5% av tilfeller av tykktarmskreft . Imidlertid er endret uttrykk for mikroRNA som forårsaker mangel på DNA -reparasjon ofte forbundet med kreft og kan være en viktig årsaksfaktor . Blant 68 sporadiske coloncancere med redusert ekspresjon av DNA misparringssystemet protein MLH1 , de fleste ble funnet å være mangelfull på grunn av epigenetisk metylering av CpG øy av den MLH1 genet. Imidlertid syntes opptil 15% av MLH1-manglene ved sporadiske tykktarmskreft å skyldes overuttrykk av microRNA miR-155, som undertrykker MLH1-uttrykk.

I 29–66% av glioblastomer er DNA -reparasjon mangelfull på grunn av epigenetisk metylering av MGMT -genet, noe som reduserer proteinuttrykket av MGMT. For 28% av glioblastomer er imidlertid MGMT -proteinet mangelfullt, men MGMT -promotoren er ikke metylert. I glioblastomer uten metylerte MGMT-promotorer er nivået av microRNA miR-181d omvendt korrelert med proteinuttrykk av MGMT, og det direkte målet for miR-181d er MGMT mRNA 3'UTR (de tre viktigste, ikke-oversatte regionene av MGMT mRNA). Således kan økt ekspresjon av miR-181d og redusert uttrykk for DNA-reparasjonsenzym MGMT i 28% av glioblastomer være en årsaksfaktor.

HMGA -proteiner (HMGA1a, HMGA1b og HMGA2) er implisert i kreft, og ekspresjonen av disse proteinene reguleres av mikroRNA. HMGA -uttrykk er nesten ikke detekterbart i differensierte voksne vev, men er forhøyet i mange kreftformer. HMGA -proteiner er polypeptider av ~ 100 aminosyrerester preget av en modulær sekvensorganisasjon. Disse proteinene har tre svært positivt ladede regioner, betegnet AT-kroker , som binder det mindre sporet av AT-rike DNA-strekninger i spesifikke områder av DNA. Menneskelige neoplasier, inkludert skjoldbruskkjertel, prostata, livmorhalskreft, kolorektal, bukspyttkjertel og eggstokkreft, viser en sterk økning av HMGA1a og HMGA1b proteiner. Transgene mus med HMGA1 målrettet mot lymfoide celler utvikler aggressivt lymfom, som viser at høyt HMGA1 -uttrykk er assosiert med kreft og at HMGA1 kan fungere som et onkogen. HMGA2 -protein er spesifikt rettet mot promotoren for ERCC1 , og reduserer dermed ekspresjonen av dette DNA -reparasjonsgenet. ERCC1 -proteinuttrykk var mangelfullt i 100% av 47 evaluerte tykktarmskreft (selv om det ikke er kjent i hvilken grad HGMA2 var involvert).

Single Nucleotide polymorphisms (SNPs) kan endre bindingen av miRNAs på 3'UTRs, for eksempel tilfellet med hsa-mir181a og hsa-mir181b på CDON-tumorsuppressorgenet.

Hjertesykdom

Den globale rollen til miRNA -funksjonen i hjertet har blitt adressert ved betinget hemmende miRNA -modning i det murine hjertet. Dette avslørte at miRNA spiller en vesentlig rolle under utviklingen. miRNA -ekspresjonsprofilstudier viser at ekspresjonsnivåer for spesifikke miRNA endres i syke menneskelige hjerter, og peker på deres engasjement i kardiomyopatier . Videre har dyreforsøk på spesifikke miRNA identifisert forskjellige roller for miRNA både under hjerteutvikling og under patologiske forhold, inkludert regulering av viktige faktorer som er viktige for kardiogenese, den hypertrofiske vekstresponsen og hjertets konduktans. En annen rolle for miRNA i kardiovaskulære sykdommer er å bruke uttrykksnivåene sine for diagnose, prognose eller risikostratifisering. miRNA i dyremodeller har også vært knyttet til kolesterolmetabolisme og regulering.

miRNA-712

Murint mikroRNA-712 er en potensiell biomarkør (dvs. prediktor) for åreforkalkning , en kardiovaskulær sykdom i arterieveggen assosiert med lipidretensjon og betennelse. Ikke-laminær blodstrøm korrelerer også med utvikling av åreforkalkning da mekanosenorer av endotelceller reagerer på skjærkraften til forstyrret strømning (d-strømning). En rekke pro-aterogene gener inkludert matriksmetalloproteinaser (MMP) blir oppregulert av d-flow, medierende proinflammatoriske og pro-angiogene signaler. Disse funnene ble observert i ligerte halspulsårer hos mus for å etterligne effektene av d-flow. I løpet av 24 timer dannet allerede eksisterende umoden miR-712 modent miR-712, noe som tyder på at miR-712 er flyt-sensitiv. Sammenfallende med disse resultatene, blir miR-712 også oppregulert i endotelceller utsatt for naturlig forekommende d-strømning i større krumning av aortabuen.

Opprinnelse

Pre-mRNA-sekvens av miR-712 genereres fra det murine ribosomale RN45s-genet ved det interne transkriberte spacerområdet 2 (ITS2). XRN1 er en eksonuklease som nedbryter ITS2 -regionen under behandling av RN45 -er. Reduksjon av XRN1 under d-strømningsforhold fører derfor til akkumulering av miR-712.

Mekanisme

MiR-712 retter seg mot vevshemmere av metalloproteinaser 3 (TIMP3). TIMP regulerer normalt aktiviteten til matriksmetalloproteinaser (MMP) som nedbryter den ekstracellulære matrisen (ECM). Arteriell ECM består hovedsakelig av kollagen og elastinfibre , som gir strukturell støtte og rekylegenskaper for arterier. Disse fibrene spiller en kritisk rolle for regulering av vaskulær betennelse og permeabilitet, som er viktige for utvikling av åreforkalkning. Uttrykt av endotelceller, er TIMP3 den eneste ECM-bundne TIMP. En reduksjon i TIMP3-uttrykk resulterer i en økning av ECM-nedbrytning i nærvær av d-flow. I samsvar med disse funnene øker inhibering av pre-miR712 ekspresjon av TIMP3 i celler, selv når den utsettes for turbulent strømning.

TIMP3 reduserer også uttrykket av TNFα (en proinflammatorisk regulator) under turbulent strømning. Aktiviteten til TNFα i turbulent strømning ble målt ved ekspresjon av TNFa-konverterende enzym (TACE) i blod. TNFα redusert hvis miR-712 ble hemmet eller TIMP3 overuttrykt, noe som tyder på at miR-712 og TIMP3 regulerer TACE-aktivitet under turbulente strømningsforhold.

Anti-miR-712 undertrykker effektivt d-flow-indusert miR-712 uttrykk og øker TIMP3-uttrykk. Anti-miR-712 hemmer også vaskulær hyperpermeabilitet, og reduserer derved utvikling av aterosklerose vesentlig og immuncelleinfiltrasjon.

Menneskelig homolog mikroRNA-205

Den humane homologen til miR-712 ble funnet på RN45s-homologgenet, som opprettholder lignende miRNAer som mus. MiR-205 av mennesker deler lignende sekvenser med miR-712 av mus og er konservert over de fleste virveldyr. MiR-205 og miR-712 deler også mer enn 50% av cellesignalmålene, inkludert TIMP3.

Når den ble testet, reduserte d-flow ekspresjonen av XRN1 hos mennesker som i endotelceller hos mus, noe som indikerer en potensielt vanlig rolle for XRN1 hos mennesker.

Nyresykdom

Målrettet sletting av Dicer i FoxD1 -avledede nyre stamceller i en murin modell resulterte i en kompleks renal fenotype inkludert utvidelse av nefron progenitorer, færre renin celler, glatte muskel arterioler , progressivt mesangial tap og glomerulære aneurismer. Høy transkriptom profilering av FoxD1-Dicer knockout-musemodell avslørte ektopisk oppregulering av pro-apoptotisk gen, Bcl2L11 (Bim) og dysregulering av p53- banen med økning i p53-effektorgener inkludert Bax , Trp53inp1 , Jun, Cdkn1a , Mmp2 og Arid3a . p53-proteinnivåer forble uendret, noe som tyder på at FoxD1-stromale miRNA direkte undertrykker p53-effektorgener. Ved å bruke en avstamningssporingsmetode etterfulgt av fluorescerende-aktivert cellesortering , definerte miRNA-profilering av FoxD1-avledede celler ikke bare omfattende transkripsjonelt landskap av miRNA som er kritiske for vaskulær utvikling, men identifiserte også viktige miRNAer som sannsynligvis vil modulere nyrefenotypen i sitt fravær. Disse miRNA -ene inkluderer miRs -10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370 og 381 som regulerer Bcl2L11 (Bim) og miRs ‐ 15b, 18a, 21, 30c, 92a, 106a, 125b-5p, 145, 214, 222, 296‐5p og 302a som regulerer p53-effektorgener. I samsvar med profileringsresultatene ble ektopisk apoptose observert i cellederivatene av FoxD1 -avledede stamfedre og gjentar viktigheten av renale stromale miRNAer i cellulær homeostase.

Nervesystemet

miRNA ser ut til å regulere utviklingen og funksjonen til nervesystemet . Nevrale miRNA er involvert i ulike stadier av synaptisk utvikling, inkludert dendritogenese (som involverer miR-132 , miR-134 og miR-124 ), synapsdannelse og synapsmodning (hvor miR-134 og miR-138 antas å være involvert). Eliminering av miRNA -dannelse hos mus ved eksperimentell demping av Dicer har ført til patologiske utfall, for eksempel redusert nevronal størrelse og motoriske abnormiteter når de blir dempet i striatale nevroner og nevrodegenerasjon når de blir dempet i forhjernene . Noen studier finner endret miRNA -uttrykk ved Alzheimers sykdom , samt schizofreni , bipolar lidelse , alvorlig depresjon og angstlidelser .

Slag

I følge Center for Disease Control and Prevention er hjerneslag en av de viktigste dødsårsakene og langvarig funksjonshemming i Amerika. 87% av tilfellene er iskemiske slag, som skyldes blokkering i arterien i hjernen som bærer oksygenrikt blod. Blokkeringen av blodstrømmen betyr at hjernen ikke kan motta nødvendige næringsstoffer, for eksempel oksygen og glukose, og fjerne avfall, for eksempel karbondioksid. miRNA spiller en rolle i posttranslasjonell gendemping ved å målrette gener i patogenesen av cerebral iskemi, for eksempel inflammatorisk, angiogenese og apoptotisk vei. 

Alkoholisme

Den avgjørende rollen til miRNA i genuttrykk er viktig for avhengighet , spesielt alkoholisme . Kronisk alkoholmisbruk resulterer i vedvarende endringer i hjernefunksjonen, delvis mediert av endringer i genuttrykk . miRNA global regulering av mange nedstrømsgener anser signifikant når det gjelder omorganisering eller synaptiske forbindelser eller langsiktige nevrale tilpasninger som involverer atferdsendringen fra alkoholforbruk til uttak og/eller avhengighet. Det er funnet at opptil 35 forskjellige miRNA er endret i den alkoholiske post-mortem-hjernen, som alle er målgener som inkluderer regulering av cellesyklusen , apoptose , celleadhesjon , utvikling av nervesystemet og cellesignalering . Endrede miRNA-nivåer ble funnet i den mediale prefrontale cortex av alkoholavhengige mus, noe som antyder miRNAs rolle i å orkestrere translasjonsubalanser og opprettelse av differensielt uttrykte proteiner i et område av hjernen der kompleks kognitiv oppførsel og beslutningstaking sannsynligvis har sitt utspring.

miRNA kan enten oppreguleres eller nedreguleres som svar på kronisk alkoholbruk. miR-206- ekspresjon økte i prefrontal cortex av alkoholavhengige rotter, rettet mot transkripsjonsfaktoren hjerneavledet nevrotrofisk faktor ( BDNF ) og til slutt reduserte uttrykket. BDNF spiller en kritisk rolle i dannelsen og modningen av nye nevroner og synapser, noe som tyder på en mulig implikasjon i synapsvekst/ synaptisk plastisitet hos alkoholmisbrukere. miR-155, viktig for å regulere alkoholinduserte nevroinflammasjonsresponser , ble funnet å være oppregulert, noe som antyder rollen som mikroglia og inflammatoriske cytokiner i alkoholpatofysiologi. Nedregulering av miR-382 ble funnet i nucleus accumbens , en struktur i det basale forhjernen som er viktig for å regulere belønningsfølelser som driver motivasjonsvaner. miR-382 er målet for dopaminreseptoren D1 (DRD1), og dens overuttrykk resulterer i oppregulering av DRD1 og delta fosB , en transkripsjonsfaktor som aktiverer en rekke transkripsjonshendelser i nucleus accumbens som til slutt resulterer i vanedannende atferd. Alternativt resulterte overuttrykk av miR-382 i svekket drikking og inhibering av DRD1 og delta fosB oppregulering i rotte modeller av alkoholisme, noe som demonstrerte muligheten for å bruke miRNA-målrettede legemidler i behandlinger.

Fedme

miRNA spiller en avgjørende rolle i reguleringen av stamcelleforfedre som differensierer til adipocytter . Studier for å bestemme hvilken rolle pluripotente stamceller spiller i adipogenese , ble undersøkt i den udødeliggjorte humane benmarg -avledede stromacellelinjen hMSC -Tert20. Redusert uttrykk for miR-155 , miR-221 og miR-222 har blitt funnet under den adipogene programmeringen av både udødeliggjorte og primære hMSC, noe som tyder på at de fungerer som negative regulatorer for differensiering. Motsatt hemmet ektopisk ekspresjon av miRNA 155 , 221 og 222 signifikant adipogenese og undertrykt induksjon av hovedregulatorene PPARγ og CCAAT/enhancer-binding protein alpha ( CEBPA ). Dette baner vei for mulige behandlinger med genetisk fedme.

En annen klasse miRNA som regulerer insulinresistens , fedme og diabetes , er let-7- familien. Let-7 akkumuleres i menneskelig vev i løpet av aldring . Når let-7 ektopisk ble overuttrykt for å etterligne akselerert aldring, ble mus insulinresistente og dermed mer utsatt for fettfattig diettindusert fedme og diabetes . I motsetning til at let-7 ble hemmet av injeksjoner av let-7-spesifikke antagomirer , ble mus mer insulinfølsomme og bemerkelsesverdig resistente mot fettrik diettindusert fedme og diabetes. Ikke bare kan la-7-hemming forhindre fedme og diabetes, det kan også reversere og kurere tilstanden. Disse eksperimentelle funnene antyder at let-7-inhibering kan representere en ny terapi for fedme og type 2 diabetes.

Hemostase

miRNA spiller også viktige roller i reguleringen av komplekse enzymatiske kaskader inkludert det hemostatiske blodkoagulasjonssystemet. Storskala studier av funksjonell miRNA -målretting har nylig avdekket begrunnede terapeutiske mål i det hemostatiske systemet.

Ikke-kodende RNA

Da det menneskelige genomprosjektet kartla sitt første kromosom i 1999, ble det spådd at genomet ville inneholde over 100 000 proteinkodende gener. Imidlertid ble til slutt bare rundt 20 000 identifisert. Siden den gang har fremkomsten av bioinformatikk-tilnærminger kombinert med genom-flisestudier som undersøker transkriptomet, systematisk sekvensering av cDNA- biblioteker i full lengde og eksperimentell validering (inkludert opprettelse av miRNA-avledede antisense-oligonukleotider kalt antagomir ) avslørt at mange transkripsjoner er ikke-proteinkodende RNA, inkludert flere snoRNA og miRNA.

Virus

Virale mikroRNA spiller en viktig rolle i reguleringen av genuttrykk av virus- og/eller vertsgener til fordel for viruset. Derfor spiller miRNA en nøkkelrolle i vert -virus -interaksjoner og patogenese av virussykdommer. Ekspresjonen av transkripsjonsaktivatorer av human herpesvirus-6 DNA antas å være regulert av viralt miRNA.

Målspådom

Se også: Liste over programvare for prediksjon av RNA -strukturen § Intermolekylære interaksjoner: MicroRNA: UTR

miRNA kan binde seg til mål-messenger-RNA (mRNA) transkripsjoner av proteinkodende gener og kontrollere deres translasjon negativt eller forårsake mRNA-nedbrytning. Det er avgjørende å identifisere miRNA -målene nøyaktig. En sammenligning av den prediktive ytelsen til atten i siliko -algoritmer er tilgjengelig. Storskala studier av funksjonell miRNA -målretting antyder at mange funksjonelle miRNA -er kan gå glipp av målprediksjonsalgoritmer.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker