микроРНК
-
Микрорибонуклеиновые кислоты (микроРНК)
- Небольшие одноцепочечные молекулы РНК, содержащие 21-23 нуклеотида
- Участвуют в сайленсинге РНК и посттранскрипционной регуляции генов
- Соединяются с комплементарными последовательностями в мРНК, отключая их
-
Функции микроРНК
- Дестабилизация мРНК путем укорачивания поли(А) хвоста
- Уменьшение трансляции мРНК в белки
- В клетках человека и животных действуют путем дестабилизации мРНК
-
Эволюция и консервативность
- Эволюционно консервативны, выполняют важные биологические функции
- 90 семейств микроРНК сохранены со времен общего предка млекопитающих и рыб
-
История открытия
- Первая микроРНК обнаружена в 1993 году
- В 2000 году охарактеризована РНК let-7
- В 2001 году микроРНК признаны отдельным классом биологических регуляторов
-
Номенклатура микроРНК
- Названия присваиваются экспериментально подтвержденным микроРНК
- Префикс «miR-» указывает на зрелую форму, «mir-» на пре-микроРНК
- Гены микроРНК также называются с использованием префикса «miR-»
-
Цели микроРНК
- МикроРНК растений имеют почти идеальное сопряжение с мРНК-мишенями
- МикроРНК животных распознают мРНК-мишени с помощью 6-8 нуклеотидов
- Комбинаторная регуляция характерна для микроРНК животных
-
Биогенез микроРНК
- До 40% генов микроРНК находятся в интронах или экзонах других генов
- ДНК-матрица не является решающим фактором в производстве зрелых микроРНК
- 6% микроРНК человека подвергаются редактированию РНК
-
Транскрипция и ядерная переработка
- Гены микроРНК транскрибируются РНК-полимеразой II
- МикроРНК первоначально транскрибируются как часть при-микроРНК
- Ядерный белок DGCR8 распознает структуру dsRNA шпилек в pri-микроРНК
-
Процессинг пре-микроРНК
- DGCR8 связывается с Drosha, образуя микропроцессорный комплекс
- Drosha отщепляет РНК длиной около 11 нуклеотидов от основания шпильки
- Полученный продукт имеет двухнуклеотидный выступ на 3′-конце
-
Редактирование пре-микроРНК
- До 16% пре-микроРНК могут быть изменены с помощью редактирования ядерной РНК
- Ферменты ADARs катализируют превращения аденозина в инозин
- Редактирование может остановить ядерный процессинг и изменить последующие процессы
-
Ядерный экспорт и цитоплазматическая обработка
- Пре-микроРНК-шпильки экспортируются из ядра с помощью Exportin-5
- В цитоплазме пре-микроРНК расщепляется ферментом Dicer
- Dicer образует дуплекс микроРНК:микроРНК* длиной около 22 нуклеотидов
-
Биогенез микроРНК в растениях
- Биогенез микроРНК в растениях отличается от животных
- Оба расщепления осуществляются гомологом Dicer, Dicer-like1
- Дуплексы микроРНК* метилируются белком HEN1 и переносятся в цитоплазму белком HST
-
РНК-индуцированный комплекс сайленсинга
- Зрелая микроРНК является частью комплекса RISC
- RISC содержит Dicer и множество связанных белков
- Аргонавты связывают зрелую микроРНК и ориентируют её для взаимодействия с мРНК-мишенью
-
Режим глушения и регулирующие контуры
- Сайленсинг генов может происходить путем деградации мРНК или предотвращения трансляции
- Взаимосвязь микроРНК и мРНК может быть основана на негативной регуляции или обратной связи
-
Оборот и стабильность микроРНК
- Обновление зрелой микроРНК необходимо для изменения профилей экспрессии
- Argonaute стабилизирует направляющую цепь, разрушая противоположную
- МикроРНК могут быть модифицированы для стабилизации
-
Клеточные функции микроРНК
- Функция микроРНК заключается в регуляции генов
- МикроРНК комплементарны части мРНК
- МикроРНК животных ингибируют трансляцию белка, микроРНК растений ускоряют деаденилирование мРНК
-
Механизмы действия микроРНК
- МикроРНК подавляют трансляцию, нарушая инициацию трансляции.
- МикроРНК могут вызывать модификацию гистонов и метилирование ДНК.
- Описаны девять механизмов действия микроРНК.
-
Эволюция микроРНК
- МикроРНК хорошо сохраняются у растений и животных.
- МикроРНК возникли независимо у растений и животных.
- Новые микроРНК создаются случайно или путем дублирования.
-
Экспериментальное обнаружение и манипулирование
- МикроРНК трудно сохранить, что требует охлаждения образцов.
- Экспрессия микроРНК определяется количественно с помощью ПЦР.
- МикроРНК могут быть подавлены олигонуклеотидами.
-
Болезни человека и животных
- Нарушение регуляции микроРНК связано с заболеваниями.
- Мутации в генах miR-96 и miR-184 вызывают наследственные заболевания.
- МикроРНК участвуют в развитии рака, особенно В-клеток.
-
Роль микроРНК в раке
- Низкий уровень miR-324a связан с низкой выживаемостью при НМРЛ.
- Высокий уровень miR-185 и низкий уровень miR-133b коррелируют с метастазированием при колоректальном раке.
- miR-205 и miR-373 связаны с муцинозным колоректальным раком.
- miR-21 взаимодействует с геном MAP2K3 при гепатоцеллюлярной карциноме.
-
Циркулирующие микроРНК
- miR-21, miR-494 и miR-1973 в плазме крови связаны с лимфомой Ходжкина.
- Циркулирующие микроРНК могут помочь в диагностике и интерпретации результатов ПЭТ/КТ.
-
МикроРНК как мишени для лечения
- miR-506 действует как антагонист опухоли при раке шейки матки.
- miR-506 способствует апоптозу клеток рака шейки матки через Gli3.
-
Восстановление ДНК и рак
- МикроРНК могут ингибировать пролиферацию клеток, контролируя гены клеточного цикла.
- Дефекты в репарации ДНК могут вызывать рак.
- miR-155 подавляет экспрессию MLH1 при раке толстой кишки.
- miR-181d подавляет экспрессию MGMT при глиобластомах.
-
Белки HMGA и рак
- Экспрессия HMGA1a и HMGA1b повышается при многих видах рака.
- HMGA1 может действовать как онкоген.
- HMGA2 снижает экспрессию ERCC1 при раке толстой кишки.
-
МикроРНК и болезни сердца
- МикроРНК играют важную роль в развитии сердца.
- МикроРНК связаны с кардиомиопатиями и метаболизмом холестерина.
- miR-712 является биомаркером атеросклероза.
-
МикроРНК и заболевания почек
- Делеция Dicer в клетках-предшественниках почек приводит к сложным фенотипам почек.
- Эктопическая активация Bcl2L11 и нарушение регуляции пути p53 связаны с нокаутом по FoxD1-Dicer.
-
Роль miRNAs в развитии сосудов
- miRNAs регулируют экспрессию генов, важных для развития сосудов.
- miRNAs, такие как miR-10a, 18a, 19b, 24, 30c, 92a, 106a, 130a, 152, 181a, 214, 222, 302a, 370, и 381, регулируют Bcl2L11 и p53-effector genes.
- Эктопический апоптоз наблюдается в клетках, полученных из FoxD1-прогениторных клеток, что подтверждает важность miRNAs в клеточном гомеостазе.
-
Роль miRNAs в нервной системе
- miRNAs регулируют нейрональную дифференцировку и созревание.
- miRNAs участвуют в синаптическом развитии и пластичности, способствуя обучению и памяти.
- Экспериментальное подавление miRNAs у мышей приводит к патологическим последствиям, таким как уменьшение размера нейронов и нейродегенерация.
- Изменение экспрессии miRNAs связано с нейродегенеративными и психиатрическими заболеваниями.
-
Роль miRNAs при инсульте
- miRNAs участвуют в посттрансляционном генном молчании, регулируя воспалительные, ангиогенные и апоптотические пути.
- miRNAs могут быть как up-, так и down-регуляторами в ответ на хроническое употребление алкоголя.
- miR-206 и miR-155 регулируют различные аспекты алкогольной зависимости.
-
Роль miRNAs в ожирении
- miRNAs регулируют дифференцировку стволовых клеток в адипоциты.
- miR-155, miR-221, и miR-222 подавляют дифференцировку адипоцитов.
- let-7 регулирует инсулинорезистентность, ожирение и диабет.
-
Роль miRNAs в гемостазе
- miRNAs регулируют сложные ферментативные каскады, включая систему свертывания крови.
- miRNAs связаны с кальциевым гомеостазом в эндоплазматическом ретикулуме.
-
Роль miRNAs в растениях
- miRNAs регулируют развитие, гомеостаз и иммунные процессы в растениях.
- miRNAs участвуют в ответах на различные абиотические стрессы.
-
Роль miRNAs в вирусах
- Вирусные miRNAs регулируют экспрессию генов вируса и хозяина.
- miRNAs играют ключевую роль в взаимодействиях между вирусом и хозяином.
-
Идентификация миРНК-мишеней
- miRNAs связываются с мРНК и регулируют их трансляцию или вызывают деградацию мРНК.
- Существует множество алгоритмов для предсказания миРНК-мишеней, но многие функциональные miRNAs могут быть пропущены.