1、什么是 miRNAMicroRNAs （miRNAs）是一种大小约 2123 个碱基的单链小分子 RNA，是由具有发夹结构的约 70-90 个碱基大小的单链 RNA 前体经过 Dicer 酶加工后生成，不同于 siRNA（双链）但是和 siRNA 密切相关。据推测，这些非编码小分子 RNA（miRNAs）参与调控基因表达，但其机制区别于 siRNA 介导的 mRNA 降解。第一个被确认的 miRNA 是在线虫中首次发现的 lin-4 和 let-7，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个 miRNAs。miRNA 的特征已经被鉴定的 miRNAs 据推测大都是由具有
2、发夹结构、约 70 个碱基大小形成发夹结构的单链 RNA 前体经过 Dicer 酶加工后生成的，有 5端磷酸基和 3羟基，大小约 2125nt的小分子 RNA 片断，定位于 RNA 前体的 3端或者 5端。最近 3 个研究小组分别从线虫、果蝇和 Hela 细胞中鉴定的 100 个新 miRNAs 中，有 15%跨越线虫、果蝇和哺乳动物基因组具有高度的保守性（只有有 12 个碱基的区别） ，Lau 和Bartel 实验室的同事更加认为：所有的 miRNAs 可能在其他物种中具有直向同源物（Ortholog，指那些起源于同一祖先，在不同生物体中行使同一功能的基因群就可比作为一个门类，这些类似的基因
3、被称为“直向同源物” ） 。Bantam 最早被认为是果蝇中参与细胞增殖的一个基因位点。已知几个包含增强子的转座子插入跨越这个位点的一段 12.3kb 区域会导致果蝇的眼和翅重复生长，而由转座子介导的一段跨越该位点的 23kb 片断缺失则导致突变果蝇个体小于野生型果蝇。Cohen 和同事用一段 3.85kb 的片断导入 21kb 片断缺失的果蝇中使其恢复原来的大小。但是奇怪的是表达这个 3.85kb 片断中的 EST 却没有同样的效果。 Cohen 将这个片断和疟蚊 Anopheles gambiae的同源序列进行比较，发现一段 90bp 的高度保守区，经过 RNA folding progr
4、am （mfold）发现这个保守序列可以形成发夹结构，使得这个区段很象是一个 miRNA 的前体。这个结果经过 Northern blot 证实突变果蝇的幼体缺少一个 21bp 的 bantam miRNA ，用这个 90bp的 mRNA 前体经过一系列的“功能缺失”“功能恢复”实验，证实 bantam miRNA 在细胞增殖中的作用。研究人员用计算机程序检索在 hid mRNA 的 3非编码区找到了 bantam的 3 个潜在的结合位点（ hid 是果蝇中一个诱导凋亡的基因） ，并证实 bantam miRNA 抑制 hid 的翻译而非转录。miRNAs 的表达方式各不相同。部分线虫和果蝇的
5、 miRNA 在各个发育阶段的全部细胞中都有表达，而其他的 miRNA 则依据某种更为严谨的位相和时相的表达模式（a more restricted spatial and temporal expression pattern）在不同组织、不同发育阶段中 miRNA 的水平有显著差异。miRNA 的功能对 microRNAs （miRNAs）的研究正在不断增加，原因是科学家开始认识到这些普遍存在的小分子在真核基因表达调控中有着广泛的作用。在线虫，果蝇，小鼠和人等物种中已经发现的数百个 miRNAs 中的多数具有和其他参与调控基因表达的分子一样的特征在不同组织、不同发育阶段中 miRNA 的水
6、平有显著差异，这种 miRNAs 表达模式具有分化的位相性和时序性（ differential spatial nd temporal expression patterns） ，提示 miRNAs 有可能作为参与调控基因表达的分子，因而具有重要意义。第一个被确认的 miRNA在线虫中首次发现的 lin-4 和 let-7，可以通过部分互补结合到目的 mRNA 靶的 3非编码区（3UTRs） ，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白质合成，通过调控一组关键 mRNAs 的翻译从而调控线虫发育进程（reviewed in Pasquinelli 2002） 。bantam miRNA 是
7、第一个被发现有原癌基因作用的 miRNA。除了 lin-4、let-7，已知还有一些 miRNAs 可能参与在细胞分化和组织发育过程中起重要作用的基因的转录后调控，例如mir-14、mir-23 等。在植物 miRNAs 的研究中有两条线索提示 miRNAs 可能参与植物的发育过程。一是在carpel factory （car） 突变株中 3 个 miRNAs 的表达水平显著下降。 CARPEL FACTORY 是一个类似 Dicer 的酶，参与植物的发育，其缺失突变株表现为胚胎和叶片发育的缺陷。实验结果提示这种缺陷是由于缺少 miRNAs 加工而造成的。多数的植物 miRNAs 在某些特定组
8、织中高水平表达也提示他们可能参与了植物组织的发育。对一部分 miRNAs 的研究分析提示：miRNAs 参与生命过程中一系列的重要进程，包括早期发育（Reinhart 2000） ，细胞增殖，细胞凋亡，细胞死亡（Brennecke 2003） ，脂肪代谢（Xu 2003）和细胞分化（Kawasaki 2003） 。此外，一个研究表明， 2 个 miRNAs 水平的下降和慢性淋巴细胞白血病之间的显著相关，提示 miRNAs 和癌症之间可能有潜在的关系（Calin 2002） 。由于 miRNAs 存在的广泛性和多样性，提示 miRNAs 可能有非常广泛多样的生物功能。尽管对 miRNA 的研究还
9、处于初级阶段，据推测 miRNAs 在高级真核生物体内对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要。有一种看法是：miRNAs 可能代表在一个新发现的层次上的基因表达调控方式。然而，大多数 miRNAs 的功能仍然是个谜。miRNA 的作用方式最早被发现的两个 miRNAslin-4 and let-7 被认为是通过不完全互补结合到目标靶mRNA 3非编码区端，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白质合成，阻断 mRNA 的翻译。多个果蝇 miRNAs 也被发现和他们的目标靶 mRNAs 的 3非编码区有部分同源。由于 miRNAs 和其潜在的目标靶之间并非完全互补，这使得通过信息学的方法鉴定 miRNA 的目标靶位点变得困难。因而也无法确定 miRNAs 的作用方式是什么，以何种机制影响 mRNA 的翻译，以何种方式调控基因表达。miRNAs 的作用目标靶和活性机制一直是各地的研究人员的关注热点。在植物中目前有一个 miRNA 和 3 个潜在的目标靶基因完全互补（这些 scarecrow 基因编码潜在的转录因子） ，尽管目前还不清楚这些基因是否就是 miRNA 的目标靶，这仍是第一次发现 miRNA 和其潜在的目标靶完全互补，也提示 miRNA 可能包含和 siRNA 类似的作用方式。
