microRNA笔记

背景资料

MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为22 nt的非编码单链RNA 分子,它们在动植物中参与转录后基因表达调控。大意就是,Micro RNA就是一条不会翻译蛋白的小的RNA。其单位是22nt,而不是22bp,因为nt是核苷酸,bp是碱基对,Micro RNA是用nt作为单位的,起码说明了Micro RNA是单链的。

命名

miRNA的转录

MiRNA首先是由MiRNA的host gene转录获得的,host gene转录,形成了primary microRNA(pri-MiRNA),然后通过Drosha–Pasha 复合体,形成了precursor microRNA(也就是pre-MiRNA),接着pre-MiRNA被Dicer剪切成双链的RNA,然后双链RNA被AGO1保护起来,其中一条链被降解,另一条链就被保留下来了。

被降解的链一般被称之为“Passenger strand(过客链)”,这条链一般不容易被检测到,因为被降解了,这条链也被称之为星号链,一般会表示为“miR-×××*”。另一条链被称之为“Guide strand ”,也就是先导链,这条就是我们通常所说的miRNA。

注:从图上就可以看出,Passenger strand和Guide strand链都是来源于一个基因,但它们两个还能互补。

pri-miRNA

pri-miRNA:长度从几百到几千个碱基不等,带有5‘帽子和3’polyA尾巴,以及1到数个发夹径环结构,如下所示

用上述的命名方法的话,比如我们说MiRNA-21和MiRNA-21*,就大概是这样的,如下所示:

这个图上,我们可以看到MiRNA-21是产生在precursor microRNA的5’臂上的,而MiRNA-21是产生于precursor microRNA的3’臂上的。“”这个标志,主要告诉我们,这条链是“Passenger strand”,也就是miRNA-21产生的一个副产品,表达量超低,所以星号链经常被认为是没有功能的。

miRNA的5p端与3p端

但是,问题来了,2011年开始,有很多文献,开始表明miRNA星号链是有功能的(Widespread regulatory activity of vertebrate microRNA species.,Yang,2011),星号链的功能,也有可能比先导链更为高级。那这样用“”来标记就有点过时了。于是就产生了这样的命名方法,就是按照microRNA产生于precursor microRNA的5’臂或者是3’臂,来将miRNA表示成“MiR-×××-5p”或者“MiR-×××-3p”,这样的话miR-21,就被命名成为了“miR-21-5p”,它的星号链就被命名成为了“miR-21-3p”。之前还有用“-s”(sence)“-as”(antisence)来对先导链(先导链是-s)和星号链(星号链是-as)来命名,主要是dsRNA形成过程时的正向和反向。但由于很容易搞混,所以已经被取消了。可能看到老一点的文献中会有。

miRNA的编号

pre-miRNA以“mir”命名,其编号以“MI”编号,如人的miRNA 122的前体ID为hsa-mir-122,Accession为MI0000442;而miRNA的成熟链以“miR”命名,其编号以“MIMAT”编号,如人的miR-122的一个成熟体的ID为hsa-miR-122-5p ,Accession为 MIMAT0000421。

因此,miRNA的命令示意图如下所示:
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miRNA命名方式的汇总

  1. 一个系统命名包含三部分内容,即物种,microRNA类别,序号。三者间用短线连接。
  2. 物种一般用三个小写字母表示,如hsa,mmu和rno分别代表人,小鼠和大鼠。
  3. MicroRNA类别是指所命名的microRNA是pre-miRNA还是mature miRNA。pre-miRNA用mir表示,mature miRNA用miR表示。
  4. 序号为一阿拉伯数字,代表microRNA发现的先后。一般而言,数字越小,发现越早
  5. 高度同源的miRNA在No.其后加英文字母(小写,一般从a开始) 如miR-199a 和miR-199b
  6. 由不同染色体上的DNA序列转录加工而成的具有相同成熟体序列的miRNA,则在后面加上阿拉伯数字以区分, 如miR-199a-1和miR-199a-2;
  7. 如果一个前体的2个臂分别加产生miRNA,则根据克隆实验,在表达水平较低的miRNA 后面加“” ,如miR-199amiR-199a,或进行如下命名,miR-142-5p(也可命名为miR-142-s,表示从5’ 端的臂加工而来)和miR-142-3p(也可命名为miR-142-as,表示从3’端的臂加工而来);
  8. 确定命名规则之前发现的miRNA,如let-7,则保留原来名字。

作用机理

作用机理的图片如下所示:
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要说MiRNA具体是咋起作用的?好吧,给你举个例子,你感受一下。普通的mRNA就好比是一条高速公路,路上会有很多会排出尾气的汽车(核糖体,它们在mRNA上边走边翻译蛋白),一条高速路上会有很多辆车(多聚核糖体Polysome),车越多、开得越快,尾气就越大(蛋白表达量就越高),这个时候,在路快到尽头的地方(mRNA的3’UTR上)就出现了一个交警(MiRNA聚合一些蛋白的RISC,RNA-Induced SilencingComplex,RNA诱导沉默复合体),他稳稳地站在路的最后(通过RISC中的MiRNA与3’UTR互补,结合到mRNA的3’UTR上),整个车队就停下来了,尾气也没了(蛋白表达降低)。好了,现在也明白为啥过表达MiRNA之后下游基因的mRNA变化不大,但蛋白会有变化了吧?因为警察是不会拆路的……

比较详细的图

miRNA种子区(“seed”region)

5’端2-8个碱基被称为种子序列

miRNA与miRNA靶标的结合

主要有两类:5’-dominant Site和3’-compensatory Site。

  1. 5‘显性位点:满足经典种子区2-8完全互补结合的方式。如下所示
  2. 3’端补偿位点:5‘端并非满足2-8经典完全互补,知识部分互补,这样3‘端补偿位点结合,增强了miRNA与标靶结合稳定性,如下所示:5’-dominant Site和3’-compensatory Site,如下所示

RNA的靶点预测

工具汇总如下

miEAA
网址:https://ccb-compute2.cs.uni-saarland.de/mieaa_tool/
分析microRNA的功能、信号通路、疾病等进行分析

YM500v2:
http://ngs.ym.edu.tw/ym500v2/index.php

Starbase(http://starbase.sysu.edu.cn/index.php)
交叉预测网站,既可以通过靶基因预测microRNA也可以通过microRNA预测靶基因。

miRPathDB(https://mpd.bioinf.uni-sb.de/overview.html)
查询参与通路内调控的miRNAs,包含了人、鼠两类数据。

mirbase(mirbase:http://www.mirbase.org/)

参考资料:

  1. miRNA到底是怎么命名的?
  2. Micro RNA,从一窍不通到略知一二
  3. 搞懂RNA命名,miRNA、lncRNA、circRN不再傻傻分不清
  4. 艾博思生物(公众号: ibsbio)