非編碼miRNA的簡(jiǎn)單了解

劉小澤寫于18.12.15

本來不知道要寫點(diǎn)什么辫樱,但是想起來自己一直接觸的都是編碼的RNA峭拘,對(duì)于大部分非編碼RNA的還不了解,于是借著這次機(jī)會(huì)先稍微了解一下miRNA狮暑。感覺學(xué)習(xí)任何東西都是如此鸡挠,先有個(gè)印象,不至于別人提到了它搬男,自己卻還一臉懵拣展。學(xué)習(xí)不是一蹴而就,都是漸進(jìn)式的過程缔逛,這次有個(gè)印象备埃,下次說不定看文獻(xiàn)看到就不陌生,再下次就開始看看里面有什么可以分析的內(nèi)容褐奴。嗯按脚,就是這樣!

先看看什么是miRNA

miRNA是真核生物中的一類內(nèi)源性的具有調(diào)節(jié)基因表達(dá)功能的非編碼RNA敦冬,長(zhǎng)度為20-25nt(這里注意nt和bp的區(qū)別: 我自己之前就總是搞混辅搬,bp就是base pair,成對(duì)的堿基脖旱,大多出現(xiàn)在DNA中堪遂;nt為核苷酸的簡(jiǎn)寫,對(duì)于單鏈的RNA來講夯缺,就是用nt來描述啦)蚤氏。成熟的miRNA是由較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過一系列的核酸酶剪切加工形成。至于作用嘛踊兜,就是合成后再組裝進(jìn)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA-Induced Silencing Complex, RISC)佳恬,通過堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)別靶mRNA【根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)RISC降解靶RNA或者阻遏靶RNA的翻譯】(來自:DOI: 10.1038/ncb0309-228 )

一般來講主要有這幾個(gè)特點(diǎn):

  • 目前超過80%的miRNA長(zhǎng)度在21-23nt之間
  • 含有能形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體【其中動(dòng)物的前體大小在60-80nt之間捏境,植物變化范圍比較大,在幾十到幾百nt】
  • 成熟的miRNA在5‘有一個(gè)磷酸基團(tuán)毁葱,3’有羥基垫言,可以和上游或者下游的序列不完全配對(duì)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)
  • 在基因組中有多種存在形式,包括單拷貝倾剿、多拷貝筷频、基因簇等蚌成,位置大多在基因間區(qū)(說明它們的轉(zhuǎn)錄是獨(dú)立于其他基因的,有自己的一套調(diào)控機(jī)制)
  • 大多數(shù)miRNA是從前體的一條臂上加工而來的凛捏,大部分前體的兩條臂可以分別產(chǎn)生一個(gè)miRNA
  • 生物發(fā)育的不同階段担忧,或者不同組織中,有不同的miRNA表達(dá)水平坯癣,可能miRNA參與了發(fā)育和行為變化的調(diào)控

miRNA的合成與功效瓶盛?

純粹的生物背景知識(shí),可以從任何生物課本上學(xué)到

miRNA是1993年由哈佛的Lee等人在研究C.elegans 發(fā)現(xiàn)的

miRNA一般由RNA Pol II 轉(zhuǎn)錄示罗,轉(zhuǎn)錄的最初產(chǎn)物是具有帽子結(jié)構(gòu)和多聚核苷酸尾巴(poly-A)的pri-miRNA(300-10Kbp)惩猫,再加工成具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體pre-miRNA(70-90bp),再在Dicer酶切作用下將pre-miRNA的5‘和3’剪切掉蚜点,形成成熟miRNA轧房。

對(duì)于哺乳動(dòng)物來講,pri-miRNA的處理是在核內(nèi)绍绘,依靠microprocessor復(fù)合物進(jìn)行的【復(fù)合物包括了RNase III enzyme Drosha, DGCR8(DiGeorge critical region-8)以及一個(gè)雙鏈RNA結(jié)合蛋白組成】

miRNA一般在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方向研究較多奶镶,比如miRNA的5’端與mRNA的3‘UTR區(qū)域結(jié)合(即seed區(qū)域)【至少7個(gè)連續(xù)核苷酸完全結(jié)合配對(duì)時(shí)就會(huì)降解mRNA;部分配對(duì)會(huì)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控脯倒,抑制mRNA翻譯】 实辑,于是衍生出了靶基因預(yù)測(cè)的研究方向

關(guān)于靶基因預(yù)測(cè)

序列互補(bǔ)性

種子序列(seed)位于miRNA的5‘端第2-8nt,與靶基因的3’UTR是否可以形成配對(duì)藻丢,這個(gè)是判斷miRNA靶基因的關(guān)鍵

保守性

miRNA的結(jié)合位點(diǎn)在多個(gè)物種之間如果有保守性剪撬,那么這個(gè)位點(diǎn)更可能是靶位點(diǎn)

熱動(dòng)力學(xué)

主要考察miRNA:target對(duì)形成的自由能,自由能越低悠反,可能性越大

位點(diǎn)可結(jié)合性

考慮mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

UTR堿基分布

miRNA結(jié)合位點(diǎn)在UTR區(qū)域的位置和相應(yīng)位置的堿基分布

針對(duì)以上幾點(diǎn)残黑,開發(fā)許多的預(yù)測(cè)軟件:

  • miRanda:最早的miRNA靶基因預(yù)測(cè)軟件,對(duì)3‘UTR的篩選依據(jù)主要是序列匹配斋否、miRNA與mRNA雙鏈的熱穩(wěn)定性以及靶位點(diǎn)的跨物種保守性梨水。選取每條miRNA相對(duì)的3’UTR中排名前10的基因,作為候選靶基因茵臭。如果多個(gè)miRNA對(duì)應(yīng)一個(gè)靶位點(diǎn)疫诽,就根據(jù)貪婪算法選擇得分最高并且自由能最低的那對(duì)
  • TargetScan:根據(jù)靶基因跨物種保守與miRNA-靶基因二聚體熱力學(xué)特征開發(fā)。需要種子序列(2-8nt)和mRNA的3‘UTR完全互補(bǔ)旦委,并且從種子序列向兩側(cè)延伸奇徒,直到遇到不能配對(duì)的堿基(允許G-U配對(duì))
  • miTarget:基于對(duì)miRNA和靶基因的二聚體結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性和miRNA與靶基因作用的堿基位置等參數(shù)缨硝,利用機(jī)器學(xué)習(xí)支持向量機(jī)摩钙,可以選擇好的數(shù)據(jù)集,提取特異性高的參數(shù)查辩,而不用考慮靶基因的跨物種保守性
  • PicTar:根據(jù)種子序列在靶位點(diǎn)識(shí)別及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的關(guān)鍵作用胖笛,將seed分為完全匹配的seed和不完全匹配的网持,同時(shí)對(duì)兩類seed的miRNA與靶基因二聚體結(jié)合進(jìn)行限制,降低假陽(yáng)性率
  • RNAhybrid:根據(jù)miRNA和靶基因二聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)開發(fā)长踊,本質(zhì)是預(yù)測(cè)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的軟件功舀。它根據(jù)miRNA和靶基因間的結(jié)合探測(cè)最好的靶位點(diǎn),不需要考慮靶基因的物種保守性

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