MicroRNAsSynthesis mechanism function and recent clinical trials.docx
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MicroRNAsSynthesismechanismfunctionandrecentclinicaltrials
MicroRNAs:
Synthesis,mechanism,function,andrecentclinicaltrials
小分子RNA:
合成,机制,功能,和最近的临床试验
abstract
MicroRNAs(miRNAs)areaclassofsmall,endogenousRNAsof21–25nucleotides(nts)inlength.TheyplayanimportantregulatoryroleinanimalsandplantsbytargetingspecificmRNAsfordegradationortranslationrepression.RecentscientificadvanceshaverevealedthesynthesispathwaysandtheregulatorymechanismsofmiRNAsinanimalsandplants.miRNA-basedregulationisimplicatedindiseaseetiologyandhasbeenstudiedfortreatment.Furthermore,severalpreclinicalandclinicaltrialshavebeeninitiatedformiRNAbasedtherapeutics.Inthisreview,theexistingknowledgeaboutmiRNAssynthesis,mechanismsforregulationofthegenome,andtheirwidespreadfunctionsinanimalsandplantsissummarized.ThecurrentstatusofpreclinicalandclinicaltrialsregardingmiRNAtherapeuticsisalsoreviewed.TherecentfindingsinmiRNAstudies,summarizedinthisreview,mayaddnewdimensionstosmallRNAbiologyandmiRNATherapeutics.
摘要
小分子RNA(miRNAs)是一类长度为21-25个核苷酸(NTS)内源性的小RNA。
他们在动物和植物中起到一个重要的调节作用依靠为降解或翻译抑制的目标特别的mRNAs。
最近的科学进步,揭示了在动物和植物中miRNA的合成途径和调控机制。
基于miRNA的调控牵连的疾病的病因,并已研究治疗方法。
此外,一些临床前和临床试验已经开始为miRNA基础疗法。
在这次综述中,现有的知识,有关的miRNA合成机制调控的基因组,并在动物和植物,其广泛的功能进行了总结。
目前
还叙述了有关miRNA的疗法的临床前和临床试验的状态。
在最近的调查结果miRNA的研究,总结在这次综述,可能会为小分子RNA的生物学和miRNA疗法增加新的范围。
1.Introduction
ThefirstsmallRNA,lin-4,wasdiscoveredin1993througha
geneticscreeninginnematodes.Laterinthesameyear,theregulationoflin-14bylin-4wasdiscovered,whichdemonstratedtheregulatoryfunctionofsmallRNAs[1,2].Theshorterlin-4RNAisnowrecognizedastheoriginofanabundantclassofsmallregulatoryRNAs,knownasmicroRNAs(miRNAs).Currently,miRNA-directedgeneregulationisanactiveareaofstudy.HundredsofmiRNAshavebeendiscoveredbycloningandsize-fractionatedRNAtechniques[3–5].Therecentdevelopmentofhigh-throughputsequencingtechnologies[6,7]andcomputationalandbioinformaticspredictionmethodshasgreatlyenhancedresearchonmiRNAsincludingregulatorytargetsandpossiblefunctions[8–11].AnumberofmiRNAsareknownforfunctionsindiverseprocessesincludingcellproliferation,celldeath,fatmetabolism,neuronalpatterning,hematopoieticdifferentiation,immunity,andcontrolofleafandflowerdevelopment[12].ComputationaltechniquesandbioinformaticsalgorithmsforfindinggenesregulatedbymiRNAshavesuggestedthattheseexamplesrepresentveryfewofthetotalmiRNAsystem.
1。
介绍
第一个小分子RNA,lin-4,被发现于1993年,通过线虫的基因筛选。
后来在同一年,lin-14由lin-4的调节被发现,这表明小分子RNA的调节功能[1,2]。
在较短的lin-4RNA是目前公认作为一个小的调控RNA的丰富的起源,被称为微RNA(miRNA)。
目前,miRNA的基因调控是一个活跃的研究领域。
数以百计的miRNA依靠克隆和尺寸分割的RNA技术被发现[3-5]。
最近高通量测序技术的发展[6,7]和计算及生物信息学预测方法已经极大加强了研究miRNA,包括调控目标和可能的功能[8-11]。
一些miRNA的功能表现在不同的进程,包括细胞增殖,细胞死亡,脂肪代谢,神经图案,造血分化,免疫力,控制叶和花的发育[12]。
计算技术和生物信息学算法寻找miRNA所调控的基因已发现的这些例子代表总miRNA的系统很少。
Inanimals,miRNAsaresynthesizedfromprimarymiRNAs(primiRNAs)intwostagesbytheactionoftwoRNaseIII-typeproteins:
DroshainthenucleusandDicerinthecytoplasm[13].Inplants,the
two-stepprocessingofpri-miRNAintomaturemiRNAoccursentirely
inthenucleusandiscarriedoutbyasingleRNaseIIIenzyme,DCL1(Dicer-like1)[14].ThematuremiRNAsarethenboundbyArgonaute(Ago)subfamilyproteins.ThesemiRNAstargetmRNAsandtherebyfunctionasposttranscriptionalregulators[13].
在动物中,miRNA是在两个阶段从初级miRNA(primiRNAs)合成,依靠两个核糖核酸酶III型蛋白质的作用:
在细胞核中的Drosha酶与细胞质中的Dicer酶[13]。
在植物中,两个步骤,即pri-miRNA向成熟的miRNA完全发生在细胞核内,并由单一核糖核酸酶III,DCL1(Dicer-like1)完成[14]。
成熟的miRNA之后受Argonaute蛋白(前)亚科蛋白质约束。
这些miRNA靶向mRNA,从而作为转录后调节功能[13]。
DevelopmentsinthemiRNAfieldareincreasingsteadily.Thisis
clearlyevidentinthestudiesofmiRNAsinvariousdiseases,ranging
fromAlzheimer'stodiabetes.Recently,miRNAresearchhasbeen
acceleratedbytechnologicaladvancementsinRNA-basedtherapies.
miRNAsarenowbeingstudiedfortheirpotentialasanewgeneration
ofdrugs.
miRNA领域的发展都在稳步增加。
这是显然,在各种疾病的miRNA研究,从阿尔茨海默氏症到糖尿病。
最近,miRNA的研究一直加速科技进步中的RNA为基础的疗法。
miRNA是目前正在研究他们作为一种新一代药物的潜力。
ThisreviewhighlightsourunderstandingofmiRNAsfollowingthe
reportoflin-4RNAanditsregulationoflin-14.Themajortopics
discussedincludemiRNAsynthesisandregulatorymechanisms.The
functionsofmiRNAsingeneregulatorypathwaysandseveralrecent
preclinicalandclinicaltrialsarealsosummarized.
本文综述了突出我们理解的miRNA,下述lin-4RNA的报告及lin-14的调节。
主要议题讨论了包括miRNA的合成和调节机制。
miRNA在基因调控途径的功能和最近几次临床前和临床试验,同样总结出来。
2.miRNAsynthesisinanimals
miRNAsaredefinedas21–25nucleotidesingle-strandedRNAs
(ssRNAs),whichareproducedfromhairpinshapedprecursors[15].
miRNAstranscriptsarethenprocessedaftertheirsynthesis.Inrecent
years,therehasbeensignificantefforttoinvestigatetheprocessingofmiRNAsinanimalsandplants.Inanimals,genesformiRNAsare
transcribedtoaprimarymiRNA(pri-miRNA).Thepri-miRNAis
processedwithinthenucleustoaprecursormiRNA(pre-miRNA)by
Drosha,aclass2RNaseIIIenzyme.Next,thetransportofpre-miRNAs
tothecytoplasmismediatedbyexportin-5(EXP-5).Inthecytoplasm,
theyarefurtherprocessedtobecomematuremiRNAsbyDiceran
RNaseIIItypeproteinandloadedontotheArgonaute(ago)proteintoproducetheeffectorRNA-inducedsilencingcomplex(RISC).
2。
在动物miRNA的合成
miRNA的被定义为21-25核苷酸的单链RNA(ssRNAs),是由发夹状前体[15]。
miRNA的转录是在合成后接着处理。
在最近多年来,已有在动物和植物对于miRNA过程调查处理的重大努力。
在动物中,miRNA的基因转录为一个主要的miRNA(pri-miRNA)。
pri-miRNA在细胞核内处理为前体miRNA(pre-miRNA),依靠Drosha酶,一类2RNaseIII酶。
接下来,前体miRNA向细胞质的运输由exportin-5介导(EXP-5)。
在细胞质中,他们进一步加工成为成熟的miRNA,依靠Dicer一种核糖核酸酶III型蛋白质和加载到的Argonaute(AGO)蛋白产生的效应RNA诱导的沉默复合体(RISC)。
2.1.Genome,genes,andtranscriptions
Theidentificationofthelin-4RNAin1993openedwindowsfora
newerainthefieldofmiRNAgenomics;thiseratruly,beganin2000
withthediscoveryofthelet-7RNAinCaenorhabditiselegans[16,17].
Inthesameyear,thelet-7geneandlet-7RNAweredetectedin
humans,Drosophila,andotherbilateralanimals[18].Sincethen,
thousandsofmiRNAsandmiRNAgeneshavebeenreportedby
cloningandothermolecularbiologytechniques.Moreover,other
miRNAsandmiRNAgeneshavebeenpredictedwiththehelpof
bioinformaticsandcomputationaltechnologytools.Arecentstudy
reported154C.elegans,152Drosophilamelanogaster,337Daniorerios
(zebrafish),475Gallusgallus(chicken),695human,and187
ArabidopsisthalianamiRNAs[13].ItisworthnotingthatthemiRNA
database“miRBase”reportsanindeedlargernumberofhuman
miRNAthanthereportedfigures.miRNAshaveevenbeenreportedinsimplemulticellularorganisms[19].Evolutionarystudiesshowthat
somemiRNAsarephylogeneticallyconservedinbilateriananimals.
MorethanhalfoftheC.elegansmiRNAgeneshavebeenfoundtohavehomologsinhumans[13].
2.1。
基因组,基因,转录
在1993年,lin-4RNA的鉴定为miRNA的基因组学领域的新时代开辟了一个窗口;在这个时代真正从2000年由线虫中let-7RNA的发现开始
[16,17]。
在同一年,let-7的基因和let-7RNA在人类,果蝇,以及其他双边动物中检测到[18]。
从那时起,已报告了数以千计的miRNA与miRNA基因,依靠克隆和其他分子生物学技术。
此外,其他miRNA与miRNA基因在生物信息学和计算技术工具的帮助下已经预言。
最近的一项研究报道154C.elegans,152果蝇属melanogaster,337Daniorerios(斑马鱼),475Gallusgallus(鸡),695人类,and187拟南芥属thalianamiRNAs的miRNA[13]。
值得注意的是,在miRNA数据库“miRBase”的报告,人类miRNA确实比报告的数字多。
miRNA甚至有被报道存在在简单的多细胞生物体[19]。
进化研究表明,一些miRNA系统地保存在两侧对称动物。
超过一半的线虫miRNA基因已被发现有
在人类的同源[13]。
EarlyresearchersdiscoveredthatthemajorityofmiRNAsare
locatedinintergenicregions,whereasafewwereannotatedin
intronicregions[3,5].ApproximatelyhalfofallknownmiRNAsare
foundincloseproximitytoothermiRNAs.TheseclusteredmiRNAsareexpressedaspoly-cistronicprimarytranscripts.Afewcasesshowed
thatsomemiRNAscanbetranscribedfromtheirownpromoteras
mono-cistronicprimarytranscripts[20,21].Basedontheirgenomic
locations,miRNAgenescanbeclassifiedasintronicmiRNAsincoding
transcriptionunits(TUs),intronicmiRNAsinnoncodingTU,exonic
miRNAsincodingTU,andexonicmiRNAsinnoncodingTU(Fig.1).
早期的研究人员发现,大多数miRNA位于间隔区,而一小部分在内含子区域[3,5]。
所有已知的miRNA约一半是在接近其他miRNA中发现。
这些聚集的miRNA表达为聚顺反子初级转录物。
少数病例表明:
一些miRNA可以从自己的启动子转录作为单顺反子初级转录物[20,21]。
根据它们的基因组,miRNA基因的位置,可以被归类为在编码转录单位(TUS)的内含子miRNA,在非编码转录单位的内含子miRNA,在编码转录单位的外显子miRNA,在非编码转录单位的外显子miRNA(图1)。
RNApolymeraseII(PolII)ismainlyresponsibleforthetranscriptionofmiRNAgenes[21,22],butasmallgroupassociatedwithAlurepeatscanbetranscribedbyRNApolymeraseIII(PolIII)[23].PolII-dependentmiRNAgeneexpressionenablestemporalcontrol,sothataspecificsetofmiRNAscanbesynthesizedaccordingtospecificconditionsandcelltypes.TheproductofPolII-orPolIIImediatedexpressionisknownastheprimarymiRNA(pri-miRNA),whichareusuallyseveralkilobaseslongandcontainlocalstemloopStructures.
RNA聚合酶II(聚合酶II)是主要负责转录miRNA基因[21,22],但相关的一小群伴随Alu重复序列可以由RNA聚合酶III(PolIII)转录[23]。
聚合酶II-相关的miRNA基因的表达能够时空控制,从而使特定的miRNA可以根据具体条件和细胞类型合成。
聚合酶II或聚合酶III介导表达的产物被称为初级miRNA(pri-miRNA),它通常是几千碱基长,并包含局部茎环结构。
Fig.1.SchematicillustrationofthegenomicorganizationandstructureofmiRNAgenes.ThemiRNAscanbedividedintofourdistinctgroupsonthebasisoftheirgenomiclocation(a)intronicmiRNAsincodingtranscriptionunits(TUs),forexample,themir-101-2cluster.Themir-101-2clusterisfoundintheintronofanon-codingRNAgene,HSPC338.(b)IntronicmiRNAsinnoncodingTU,suchasthemir-135a-2cluster.(c)ExonicmiRNAsincodingTU,ofwhichthemir-985isawellknownexamplethatisfoundintheCACNG8gene.(d)ExonicmiRNAsinnoncodingTU,suchasmir-206.ThehairpinillustratesmiRNAstemloops,andboxesshowtheproteincodingregions(exon).Thefigureshowsaroughschematic.
图1。
miRNA基因和基因组的组织和结构示意图。
其基因组的基础上的miRNA可以分为四个不同的群体位置
(一)在编码转录单位(TUS)的内含子miRNA,例如,MIR-101-2集群。
MIR-101-2集群被发现在一个非编码RNA