到期许多道路小分子RNA生物合成途径及其调控.docx

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到期许多道路小分子RNA生物合成途径及其调控

到期许多道路：

小分子RNA生物合成途径及其调控

微RNA是基因表达的重要调剂物，操纵生理和如生长和癌症的病理过程。

尽管他们的行动模式已引起高度重视，然而，对操纵它们表达和起作用的原理的研究才刚刚开始显现。

最近的研究提出了在明白得微RNA合成的途径的一个典型的转变，这是过去所认为的要普遍对所有微RNA。

针对个别微RNA的成熟的步骤差不多被发觉，这些提供了调控方案后，微RNA的加工效率，将阻碍多种蛋白质转录。

在那个地点，我们回忆了微RNA的生物合成途径知识的最新进展，并讨论其阻碍转录后肿瘤的进展过程中微RNA调控。

微RNA〔miRNAs〕是短的〔20-23-核苷酸〕，内源性调剂基因表达的单链RNA分子。

成熟的miRNAs与Argonaute〔Ago〕蛋白形成RNA诱导沉默复合物〔RISC的〕，它是一种调剂转录后基因沉默的核糖核蛋白复合体。

miRNA的互补碱基对引导RISC的信使RNA，这是降解，不稳固或翻译后由Ago蛋白抑制配对。

蛋白质组研究最近发觉了一项关于对成百上千的靶mRNA。

许多细胞途径都受到了miRNA的调剂功能，其中最突出的途径是操纵生长和致癌过程。

值得注意的是，miRNA的加工缺陷，也提高癌变的可能性。

尽管对miRNAs的调控职能的研究已开始显现，对miRNA的表达和活性的调控更是知之甚少的。

最近，miRNA的后转录操纵活动的证据正在积存。

相关于线性miRNA的加工途径，最初认为是对所有成熟的miRNA的生物合成普遍〔图1〕，许多发觉有助于承认miRNA的特定差异打开过多的规章方法来表达和处理单个miRNA的差异。

在那个地点，我们回忆最近取得的阐明miRNA的处理和转录后调控的复杂性的。

尽管我们把重点要紧放在哺乳动物系统，相关信息从其他模式系统，其中包括果蝇果蝇的线虫和拟南芥的植物也将获得适当情形下适用。

早期步骤：

核中微RNA加工过程

前体RNA的转录。

miRNA基因在RNA聚合酶II或RNA聚合酶III介导下转录为初级miRNA〔PRI-miRNA的〕。

许多前体miRNA被加PloyA尾和帽子结构——聚合酶II转录的标志。

他们的转录是敏锐的治疗与聚合酶II抑制剂α-鹅膏蕈碱，和聚合酶II启动子序列结合上游和平号，第23a/miR-27a/miR-24-2簇。

相比之下，被最大的人类miRNA的集群C19MC编码的miRNA是由转录聚合酶III。

RNA聚合酶是两个不同的调控和识别特定的启动子和终止元素，促进了多种调控选项。

选定的miRNA的表达是受例如c-Myc基因或p53〔参17，19〕，或依靠它们的促进序列甲基化的转录因子的操纵。

此外，它已说明，位于相同的基因簇的每个miRNA的能够被独立地转录和调控。

然而，miRNA的转录步骤操纵不一定通用，并在转录水平调控机制超出了本次审查的范畴。

微RNA编辑。

初级转录RNA的编辑由ADARs〔腺苷deaminases作用于RNA〕的修改腺苷〔甲〕为inosine〔一〕。

由于肌苷的性质碱基配对类似鸟苷〔G〕，脱氨基miRNA的A改为I的编辑可能会改变他们的序列、碱基配对和结构特性，能够阻碍他们的深加工以及他们的目标识别能力。

有几个编辑的miRNA的加工介导的调控的例子。

pri-miRNA被Drosha-DGCR8微处理器复合物切割。

pri-miRNA，在邻近内核处由核糖核酸酶III酶Drosha〔RNASEN〕和DGCR8蛋白质形成的核微处理器复合物〔也称为Pasha〔Drosha的合作伙伴〕在D.melanogaster和长线虫〕〔图2a〕的。

DGCR8/Pasha包含两个双链RNA结合域，对miRNA加工所有有机体起着至关重要的作用。

平均人类的pri-miRNA包含33个碱基对，终端环路和两个单链侧翼区的上游和下游的发夹干。

双链茎和未成对侧翼地区对DGCR8的结合和Drosha切割起着至关重要的重用，然而环区域或特定的序列对那个发夹结构而言是次重要的。

一个miRNA的前体干单核苷酸多态性能够阻止Drosha的活动。

然而，许多畸变的miRNA序列在人类肿瘤发觉改变二级结构不阻碍加工，揭示微处理器结构的灵活性。

Drosha的两个酶活性区域旨在切割发夹结构的3'和5'端，而DGCR8与pri-miRNA直截了当和稳固的相互作用及功能作为一个分子标尺来决定精确的切割位点。

Drosha切开远离单链RNA/双链在发夹RNA的交界处基部的11个碱基对。

Drosha的pri-miRNA介导的切割发生miRNA的合作之前转录和拼接的蛋白编码或非编码宿主RNA的包含miRNA的。

拼接不是被Drosha介导的切割所抑制，因为拼接并不要求有连续的内含子。

微RNA的微处理器复合物的精确调控。

Drosha介导的pri-miRNA的加工最近证明须经miRNA的精确调控。

Drosha形成的两个不同的复合物，小型微处理器复合物的仅包含Drosha和DGCR8，用来加工许多pri-miRNA和更大的复合物，其中，它包含核糖核酸解旋酶，双链RNA结合蛋白，异构核核糖和尤文氏肉瘤蛋白。

RNA解旋酶p72和p68是大型Drosha复合物的一部分，并有可能作为专门性因素，加工pri-miRNA的一个子集。

几个miRNAs的表达水平在纯p68-/减少-或p72-/-基因敲除小鼠，而其他miRNA的仍旧无阻碍。

Drosha介导的切割也能够调剂单个miRNA：

异构核核糖A1〔核蛋白格A1〕特异性地结合到pri-miRNA-18a，便于其加工。

A1的核蛋白缺失削弱了大量成熟了miR-18A条〔图2C型〕，但核蛋白格A1没有其他miRNA的是在同一位置了miR-17基因组的阻碍，说明了miR专门特异性18a生物特异性。

核蛋白格A1结合到pri-miRNA保守环路改变了发夹结构的形成，制造一个更有利的Drosha切割位点。

约14％的人pri-miRNA的保守环是不同的物种之间，可提供类似的规管机制的定位点。

转化生长因子-β〔转化生长因子-β〕和骨形成因素〔骨形成蛋白〕诱导调剂微处理器活动成熟了miR-21。

转化生长因子-β和BMP实现配体召集特定信号转导〔即Smad蛋白〕到primiR与RNA解旋酶DDX5〔p68〕。

因此，Drosha介导的pri-miRNA加工和miR-21强烈加强，大量成熟了miR-21的增加，最终导致血管平滑肌细胞收缩表型。

Mirtrons：

剪接取代Drosha切割。

令人惊奇的是，Drosha介导的将pri-miRNA加工为Pre-DNA的加工不是强制性的。

内含子衍生的miRNA由拼接后的副本开释的。

假如造成的内含子的剪接机制的行动和套索脱支酶具有适当的规模，形成发夹类似前的miRNA，它绕过Drosha切割，并进一步由Dicer的细胞质处理这些miRNA的，所谓mirtrons，已发觉包括哺乳动物，D.melanogaster和几种线虫。

Lin-28调剂let-7的处理和前体的稳固Lin-28是一种干细胞特异性调剂的let–7的调剂物，运用多种机制。

Lin-28被发觉对阻止微处理器介导的切割的pri_miRNA是充分必要的〔图3a〕。

成熟的let-7克在胚胎干细胞分化时增加，但对PRI-miRNA的水平保持不变的指示，增加后成熟转录调剂。

重组Lin-28的pri_miRNA的加工，Lin-28促进了成熟的let-7的〔参见54〕的表达。

在miRNA的竞争对手的Drosha结合位点Lin-28映射到的pri_miRNA在终端环爱护基部let-7的〔参56，57〕。

耐人寻味的是，尽管环区被认为是可有可无的微处理器行动，有许多miRNA的进化保守环可能含有调控信息。

转录后的自我微处理器复合物的自我调控。

miRNA的加工的因素也被后转录或翻译后所调控。

例如，在两个组成部分微处理器复杂的相互调剂。

DGCR8稳固通过保守之间的羧基端与Drosha中域相互作用Drosha。

反过来，Drosha切开5'非编码区两个发夹结构和Dgcr8mRNA编码序列。

表达的Dgcr8然后退化，在负反馈的表达减少Dgcr8足够时能够用微处理器复合物活动〔图4b〕循环造成的。

Drosha能够直截了当切割mRNA的发夹结构中这一发觉也指出，这两个Drosha复合物在细胞mRNA的独立调剂的miRNAs的可能性。

Exportin-5–Ran-GTP调剂pri_-miRNA的输出。

核加工后，前miRNA的是由Exportin-5〔XPO5〕与Ran-GTP结合的复合物介导由核内输出到胞质中。

Exportin–5的损害导致了大量成熟的miRNA含量的下降而不是核内积存的miRNA，说明Exportin-5还能够爱护pri_-miRNA不受核消化的阻碍。

Exportin–5识别pri_-miRNA的特异性序列或环状结构。

一个双链茎的长度和3'悬对成功结合到Exportin–5起重要作用，确保只有正确加工的pri_-miRNA才能输出。

以后年龄：

微RNA在细胞质中成熟

RISC的装载物〔RLC〕：

Dicer，TRBP及PACT加入Ago2。

RISC的是miRNA的途径细胞质效应机，包含一个单链miRNA,指导它的目标mRNA的。

细胞质miRNA的加工由RISC集会介导加载复杂的RISC〔RLC〕〔图5A〕。

RLC是一个多蛋白质复合体的核糖核酸酶Dicer酶的双链RNA结合结构域蛋白的TRBP〔焦油RNA结合蛋白组成〕及PACT〔BKR蛋白激活剂〕，以及也介导mRNA靶标RISC的核心部件Argonaarte-2〔Ago2〕。

TRBP及PACT不一定要切酶介导的前裂解的miRNA〔见下文〕，但他们推动这一进程，并TRBP稳固Dicer。

TRBP或PACT的损耗会降低后转录基因沉默的效率，都可能有重叠的职能的miRNA和小干扰RNA〔siRNA〕途径。

尽管他们都参加Ago2召集，在体外激活的RISC复合物的形成独立启动的ATP水解由Dicer酶，TRBP和Ago2组装，出口的发夹才加入后，RLC复合物变形成。

通过Ago2介导的前miRNA的剪切：

在交流前的miRNA。

关于miRNA的显示的互补性沿发夹干，增加内核分裂步骤高度发生：

在切酶介导的切割的发夹3'胳膊Ago2劈开切片机活动准乘客链中间-生成一个缺口的发夹，产生Ago2裂前体miRNA的或AC-前的miRNA〔图5b中〕72。

Dicer酶能够像pri-miRNA一样有效地加工那个前体。

在Ago2介导的一步，专门可能有助于在以后的类似的方式链分解和RISC激活，在siRNA的pathway73其功能-77。

因此，miRNA的另一个例子，具体的加工，前miRNA的进行两次核出口后，不同的命运。

这种miRNA的加工Ago2早期功能也许能够说明为何它在pri-miRNA前与RLC联合和证实了有关其他物种的更早期发觉：

Ago蛋白在miRNA生物活性中扮演了积极分子的作用。

由Dicer切割的发夹到一个的复式。

核糖核酸酶IIIDicer的切开关闭前环的miRNA或ac-pre前miRNA和产生具有两个突出的悬在每个3'末端核苷酸一约22核苷酸miRNA的复式。

这种切割是必不可少的对miRNA的加工和描述了许多有机体包括线虫，D.melanogaster和哺乳动物。

删除的Dicer酶减少或废止成熟miRNAs的产物。

在小鼠，这种进化上保守的内切酶缺失在早期发育中式致命性的，一种能够与它在miRNA的加工关键作用的阻碍。

Dicer酶的编码基因的数量从在拟南芥中的10变化到脊椎动物中的1。

在Dicer酶在哺乳动物基因组单拷贝能够说明其在miRNA的生物合成的重要作用。

Dicer酶切割活性的调剂几种模式进行了描述。

氨基末端DExD/H-Box，Dicer的解旋酶域抑制其分裂活动TRBP结合本地区，并通过改变构想来激活Dicer酶。

Dicer酶也是被它的产物let–7调控，let-7的靶酶DicermRNA，制造一个反馈环。

额外的机制来调剂Dicer的活动可能存在的：

Pre-miR-138的表达无处不在，但其成熟的形式仅限于某些类型的细胞，说明miRNA只对特异组织加工。

Lin-28的双行为。

除了其阻碍核微处理器的活动，Lin-28也调控let–7前体在胞质中的成熟。

值得注意的是，Lin-28能够抑制体外Dicer酶切割。

重要的是，对第三个行动模式Lin-28介导的抑制let-7的成熟的特点已被详细归纳。

Lin-28与胞质let–7前体相联合的，诱惑的3'端的PolyA尾是一个身份不明的末端尿苷转移酶〔TUTase〕，通过还未清晰的核酸活动来引导它的讲解。

在拟南芥，尿苷化是众所周知的加速成熟miRNA的衰退，以及Hen1miRNA的甲基化被Hen1爱护它们不受尿苷化和降解。

只有let-7的家族成员受Lin-28介导的抑制或尿苷化，而人类其他的miRNA那么可不能受到阻碍，说明这些效应的特异性强。

Lin-28有助于后转录的调控let-7在生长和癌症中表达。

解开微RNA双链为指南链和乘客链。

通过Dicer酶介导的切割，切酶及其效应物TRBP或PACT从miRNA双链解离。

从而形成活化的RISC来执行基因沉默，双链全双工需要纳入功能指南链，这是相辅相成的目标分离，乘客链，这是后来退化。

尽管多解旋酶均与该miRNA的途径，普遍旋酶个放松复式负责尚未确定。

与RISC的形成或活动有关的解旋酶包括p68，p72，RNA解旋酶甲〔RHA〕，RCK/p54，TNRC6B，Gemin3/4和人类Mov10或果蝇的同源基因Armitage。

在小鼠中，p68被发觉与let–7组成的复合物，能够解开它。

对RCK/p54消耗导致miRNA介导的RNA干扰〔RNAi〕减少，但不阻碍siRNA介导的RNAi。

这些结果说明，特定的解旋酶能够调剂miRNA的差异。

然而，在结果的RISC装载和重建试验ATP的情形下说明，解旋酶可能不是一样普遍需要的。

例如，Ago2有利于解链和通过切割siRNA和miRNA前体的乘客链的RISC活性。

指南链的选择，不对称和小RNA排序。

原那么上，miRNA的复式可能引起两种不同的成熟miRNA的。

然而，对siRNA双链以同样的方式，只有一个链通常是纳入RISC和指导靶标mRNA的复杂，另一条链那么降解。

那个功能不对称取决于在双链末端的碱基对的热力学稳固性，miRNA链和在双链5'末端缺少稳固性的碱基对的热力学稳固性。

在果蝇中，miRNAs与siRNAs的共同参与排序的步骤，分区到他们效应物不同Ago蛋白，充分互补的双链siRNAs是成为Ago2-RISC的，而一个专门的，不明身份的机制，整合互补miRNA的部分，纳入Ago1-RISC的。

在苍蝇中，精确的长度和指南链及乘客链5'末端位置在Ago2定位后增加，进一步确保与指定种子序列正确的miRNA的形成。

而在D.果蝇中，分选取决于双链的互补性，5'端核苷酸是A.thalina。

至于在哺乳动物中实现排序那么仍有待解决。

Argonaute蛋白质：

调控者和效应物。

Ago在发挥多种功能的miRNA途径：

他们在参加由miRNA的加工产生的AC前体miRNA，他们RISC的效应蛋白介导的mRNA降解，稳固或翻译抑制物。

此外，Ago蛋白质丰富转录后的miRNA调剂和内源性Ago2缺失削弱了表达和成熟miRNA的活动。

Ago2那个特定功能是独立的切片机的功能和内切酶的活动。

最大的可能，Ago蛋白质的结合能力成熟miRNA的稳固这些短期分子。

因此，Ago2是一个要紧的候选者，以和谐miRNA的调控，其生物合成及其功能。

最近发觉拆开脯氨酰-4-羟基化和Ago2的磷酸化是Ago2活动的调控机制。

人类Ago2在Ser387残基在细胞压力的条件下被MPA激酶磷酸化的，以将Ago2定位到加工体上。

P-机构的非编码mRNA的表达，翻译抑制，包括Ago2蛋白质和miRNAs。

此外，Ago2蛋白脯氨基700羟基化I型胶原脯氨酰-4-羟化酶〔P4H〔一〕〕稳固它。

微RNA重新入核。

与大多数其他动物miRNA的，成熟的人类miR–29b，要紧是定位于核中。

它有一个专门的六核苷酸终端主题，可转让核本地化元素，这说明，尽管它短，miRNA的可能含有顺式调控元件。

NRDE-3，是众多的线虫Argonaute家族中的一员，参加核输入。

在一个人类细胞中的一小部分细胞Ago2池核区域是受RNA-GTP穿梭蛋白Importin-8阻碍的，这也是需要miRNA的引导下的一个子集的mRNAs细胞质调控。

miRNA的重新入核是专门重要的，，因为积存的证据说明miRNA的能在转录水平调控核内基因表达。

半衰期和微RNA降解。

与我们日益关注的miRNA加工知识比较，令人惊奇的知之甚少的半衰期和个别miRNA的退化。

只有在拟南芥对一个家族核酸外切酶被识别。

成熟的miRNA的一样较稳固，如大多数miRNA的后RNA干扰消耗加工酶。

只是，尚未确定的机制能够操纵miRNA的消耗量。

在显著减少了miR-122在1小时后，肝细胞干扰素治疗支持这一看法。

此外，miRNA的活动也能够在加工后通过被调控阻止他们的目标mRNA的RNA结合蛋白到miRNA的结合位点。

结论和展望：

微RNA的特异性加工和后转录调控的细胞阻碍

总之，miRNA的生物合成不再会被认为在所有miRNA都普遍存在的一种通用途径。

许多步骤能够以多种方式进行、省略或替换，对个别miRNA而言，是通过不同机制来阻碍。

最重要的是，这些特异性在miRNA加工过程中意味着miRNA表达的后转录调控的多种机会。

此外，对miRNA的加工的调控的研究可用于提高，它使用同样的机制。

因为关于miRNA的稳固性和降解还知之甚少，这是一个有期望发觉新的调控机制的领域。

对个别前兆的更多相互作用分子的识别将进一步扩大操纵机制的范畴。

最终，miRNA蛋白质相互作用的特点将成为一个重要工具去获得有关操纵miRNA活动的复杂线路的丰富明白得。

许多的研究差不多发觉，在生长或肿瘤的发生过程中有高特异性的miRNA的相关物质。

他们作为分化，增殖，凋亡或新陈代谢重要的调剂功能是当今无可争议的。

对在干细胞分化过程由Lin-28接到的let-7加工的调控的发觉说明了如何利用对miRNA加工的见解，关心澄清了miRNA和它的调控者在多能干细胞的坚持和分化中的功能。

miRNA加工的后转录调控也同样显现在癌细胞中，并可能说明专门的miRNA表达模式经常在癌症中被观看到，和成熟miRNA的显著的减少。

此外，Dicer酶的减少表达与肺癌中不行的预后也有关联。

肿瘤miRNA加工调控研究的重要性已促使成立专门的实验：

Drosha，Dgcr8或Dicer的减少说明会促进转化。

一个有吸引力的假说来说明一样在癌症抑制miRNA的发觉是，它是连接到一个miRNA的加工赤字。

只是，从最初的肿瘤证实的支持仍旧缺乏。

深化我们对miRNA的在病理以及生理设置方面的成熟知识，将让我们获得了在健康和疾病的许多角色的全面的了解。

在不久的今后，以微RNA为基础与既定疾病有关的基因的治疗方法将被开发。

然而，微RNA只提供的RNA干扰机制的具体组成部分，它们严峻依靠关于内源性miRNA的途径来执行其功能。

因此，了解miRNA的途径的调控机制也是进展和成功应用基于RNA干扰的所有药品的先决条件。

班级：

0703

姓名：

孙丹

学号：

2007114010317