miRNA的基因组学

1993年，Lee等报道在秀丽隐杆线虫（caenorhabditis elegans）内调控时序性发育的lin-4基因的编码产物并非蛋白，而是两条不同长度的RNA（其中较长RNA是较短者的前体），并发现lin-4的RNA产物的序列能与另一基因lin-14的3’-UTR区中多个位点的序列互补。同年，Wightman进一步发现lin-4可抑制lin-14基因的蛋白表达，但不影响lin-14的mRNA表达，提示lin-4对lin-14的调控处在转录后水平。但在此后7年内，并没有类似的RNA被报道。直到2000年，Pasquinelli等在线虫（nematodes）中鉴定到另一个与lin-4类似大小并具有调控作用的RNA-let-7。随后，let-7基因及其同源基因相继在人类、果蝇（drosophila）和其他对称动物（bilateral animal）中被发现。迄今为止，更多的miRNA基因相继在动植物和微生物中被发现，数量不断增加。2014年6月，国际权威miRNA公共数据库miRBase已更新至21.0版本，其中收录了223个物种的28645条miRNA前体和35828条miRNA成熟体。

1.miRNA基因的定位

根据miRNA与基因组中已知蛋白编码基因的定位关系，可分为基因间miRNA和内含子miRNA。在多数物种的基因组中，大部分miRNA基因的分布与线虫中lin-4和let-7基因类似，均位于蛋白编码基因的间隔部位，称为基因间miRNA（intergenic miRNA），此类miRNA一般具有自身独立的转录调控元件。多个基因间miRNA在染色体上彼此紧密相邻，构成一些成簇分布的基因群，称为miRNA基因簇（miRNA cluster）。miRNA基因簇在共同的启动子调控下，表达生成含多顺反子（multi-cistron）的初始转录本。研究发现，在果蝇基因组中，有超过半数的miRNA基因是成簇排列的，而人类基因组中仅有少量miRNA基因成簇排列，但这种观念很可能随着人类基因组中 miRNA基因簇的不断发现而改变。成簇排列的miRNA基因间既可以具有同源性关系，也可以不具有任何同源性，但一般具有功能上的相关性，提示miRNA基因簇可能具有复杂的调控机制和研究价值。另一类miRNA基因位于已知蛋白编码基因的内含子中，称为内含子miRNA（intronic miRNA），编码内含子的基因，则称为“宿主基因”。内含子miRNA基因的数量约占人类miRNA基因总数的1/4。多数内含子miRNA的转录与宿主基因方向一致，提示其与宿主基因共表达。由于这些miRNA编码基因位置的特殊性，有研究表明二者能够协调发挥某种生物学功能。此外，少部分内含子miRNA基因与其宿主基因方向相反，提示这些miRNA不与宿主基因共表达，其与宿主基因功能的关系仍有待深入研究。(https://www.daowen.com)

2.miRNA 基因的表达特征

研究表明，生物体内miRNA基因的表达模式具有时间特异性和空间特异性。miRNA表达的时间特异性体现在生物体的发育过程中。最为著名的例证是线虫的let-7基因，它的表达依赖于线虫的生长发育周期；在动物体内，let-7在发育早期呈低表达，而在分化成熟的组织呈高表达。这种miRNA表达的时间特异性集中体现在中枢神经系统的发育过程中，其变化速率更为频密，形式更为丰富。Krichevsky等利用寡核苷酸微阵列检测了小鼠大脑组织中44个miRNA的表达，发现其中20%的miRNA的表达水平伴随大脑发育发生了显著变化。Miska等首次利用miRNA芯片检测小鼠大脑组织中138个miRNA的表达，发现其中一类miRNA表达水平随时间呈现波浪式变化。miRNA表达的空间特异性体现在生物体的分化过程中。研究表明，在不同的器官、组织和细胞类型中，miRNA的表达谱有很大差异。Babak等利用miRNA芯片分析了小鼠17种不同的器官和组织，发现在所检测的78个miRNA中，有一半以上的miRNA存在组织特异性分布的特征。Liang等通过检测正常人体40份不同组织中345个miRNA的表达，通过聚类分析得到了8组具有组织特异性的miRNA表达模式。由于miRNA表达的时空特异性，其所调控的靶分子谱也会随着细胞类型的不同或者细胞发育分化阶段的不同而改变。以上研究结果不仅说明了miRNA及其靶分子具有时空动态变化的特性，也进一步提示miRNA作用机制的复杂性。