MicroRNAs

microRNAs 是一類進化上保守的非編碼小分子RNA，具有在翻譯水平調控基因表達的功能。儘管第一個microRNA 早在1993 年被發現，一直到最近幾年這類基因的多樣性和廣泛性才被揭示出來。據推測脊椎動物基因組有多達1000個不同的 miRNAs，調控至少 30%以上的基因表達。

在個體發育過程中起重要作用

在組織中廣泛表達，在不同組織中表達不同

參與病毒感染過程

和原癌基因有關

在細胞核內，基因組DNA 轉錄生成較長的RNA分子（可長達1000nt），被雙鏈RNA 特異的核糖核酸酶 Drosha 切割成長度大約70-100 鹼基的、具髮夾結構的RNA 分子（前體 microRNA）。這些髮夾結構的RNA 通過核輸出蛋白exportin5 機制轉運到細胞質，然後被第二個雙鏈 RNA 特異的核糖核酸酶Dicer 切割，得到19-23nt 大小的成熟的miRNAs 產物。成熟的單鏈miRNAs 與類似RNA 誘導沉默複合物(RISC)結合，並參與 RNA 干擾反應(RNAi)。在動物中，結合在複合物上的 miRNA 以一種目前尚未完全清楚的機制結合到序列基本互補(並非完全互補)的mRNA 上----但 這種結合往往不像RNAi 反應那樣參與 mRNA 降解----而是阻止所結合的mRNA 的翻譯，導致相應基因表達水平的下降。大約60%的miRNAs 為獨立表達，15%左右的miRNAs 成簇表達，還有25%的miRNAs 位於內含子。

miRNA基因通常是在核內由RNA聚合酶II(polII)轉錄的，最初產物為大的具有帽子結構(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴(AAAAA)的pri-miRNA。pri-miRNA在核酸酶Drosha和其輔助因子Pasha的作用下被處理成70個核苷酸組成的pre-miRNA。RAN–GTP和exportin 5將pre-miRNA輸送到細胞質中。隨後，另一個核酸酶Dicer將其剪切產生約為22個核苷酸長度的miRNA:miRNA*雙鏈。這種雙鏈很快被引導進入沉默複合體(RISC)複合體中，其中一條成熟的單鏈miRNA保留在這一複合體中。成熟的miRNA結合到與其互補的mRNA的位點通過鹼基配對調控基因表達。

與靶mRNA不完全互補的miRNA在蛋白質翻譯水平上抑制其表達（哺乳動物中比較普遍）。然而，最近也有證據表明，這些miRNA也有可能影響mRNA的穩定性。使用這種機制的miRNA結合位點通常在mRNA的3’端非翻譯區。如果miRNA與靶位點完全互補（或者幾乎完全互補），那麼這些miRNA的結合往往引起靶mRNA的降解(在植物中比較常見)。通過這種機製作用的miRNAs的結合位點通常都在mRNA的編碼區或開放閱讀框中。每個miRNA可以有多個靶基因，而幾個miRNAs也可以調節同一個基因。這種複雜的調節網路既可以通過一個miRNA來調控多個基因的表達，也可以通過幾個miRNAs的組合來精細調控某個基因的表達。隨著miRNA調控基因表達的研究的逐步深入，將幫助我們理解高等真核生物的基因組的複雜性和複雜的基因表達調控網路。

目前只有一小部分miRNAs生物學功能得到闡明。這些miRNAs調節了細胞生長，組織分化，因而與生命過程中發育、疾病有關。通過對基因組上miRNA的位點分析，顯示其在發育和疾病中起了非常重要的作用。一系列的研究表明：miRNAs在細胞生長和凋亡，血細胞分化，同源異形盒基因調節，神經元的極性，胰島素分泌，大腦形態形成，心臟發生，胚胎後期發育等過程中發揮重要作用。例如，miR-273和lys-6編碼的miRNA，參與線蟲的神經系統發育過程；miR-430參與斑馬魚的大腦發育；miR-181控制哺乳動物血細胞分化為B細胞；miR-375調節哺乳動物胰島細胞發育和胰島素分泌；miR-143在脂肪細胞分化起作用；miR-196參與了哺乳動物四肢形成，miR-1與心臟發育有關。另有研究人員發現許多神經系統的miRNAs在大腦皮層培養中受到時序調節，表明其可能控制著區域化的mRNA翻譯。對於新的miRNA基因的分析，可能發現新的參與器官形成、胚胎髮育和生長的調節因子，促進對癌症等人類疾病發病機制的理解。

廣泛存在於真核生物中, 是一組不編碼蛋白質的短序列RNA , 它本身不具有開放閱讀框架(ORF) ;

通常的長度為20～24 nt , 但在3′端可以有1～2 個鹼基的長度變化;

成熟的miRNA 5′端有一磷酸基團, 3′端為羥基, 這一特點使它與大多數寡核苷酸和功能RNA 的降解片段區別開來；

多數miRNA 還具有高度保守性、時序性和組織特異性。

miRNA的功能分析可採用類似標準基因的方法進行分析。

miRNA的上調可用於鑒定功能獲得表型；抑制或下調可以研究功能缺失表型（表2 和圖22）。上調與下調的結合可用於鑒定被特定miRNA 調節的基因，以及特定miRNA 參與的細胞進程。

主要應用包括：

miRNA 靶定位點的鑒定和驗證

篩選調節某個特定基因表達的miRNAs篩選影響某個特定細胞進程的miRNAs細胞中miRNA 的上調可以通過轉染合成的miRNAs 或表達miRNAs 的質粒來實現。使用合成miRNAs 有幾個好處：

對於永生化的細胞，小分子RNA 的轉染效率可以接近100%，合成miRNAs 的高效轉染對於高通量應用如miRNA 功能篩選尤其有利小分子RNA 如miRNA 可以通過電轉很容易的進入原代細胞而不會顯著引起細胞死亡合成miRNA 可以用不同濃度進行轉染，利於劑量反應研究與質粒產生的miRNA 不同，參與翻譯調控的合成miRNA分子的序列是確定的。由於miRNA 剪切和激活機制尚未完全明確，目前仍難以保證由質粒表達的目標miRNA 分子的加工和激活。