miRNA 的生物合成过程

　　MicroRNA(miRNA)  是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码  RNA，它们主要参与基因转录后水平的调控。miRNA  的调控功能是十分重要的，近来发现它们在果蝇的细胞增殖、死亡及脂肪代谢，线虫极性的形成，哺乳动物的造血干细胞的分化等过程中起了重要的调控作用。在植物中，miRNA  还参与了叶子与花的发育过程。

　　动物(尤其是人)  miRNA  的生物合成过程已经初步得到了诠释。首先，miRNA  基因的初级转录产物  (pri-miRNA)  在细胞核中被  RNase  Ⅲ  Drosha  切割成为前体  miRNA  (pre-miRNA)。在最初的剪切后，pre-miRNA  在转运蛋白  exportin-5  的作用下由核内转到胞质中，然后由另一种  RNase  Ⅲ  Dicer  进一步切割产生成熟的  miRNA。这些成熟的  miRNA  与其他蛋白质一起组成  RISC  (RNA-induced  silencing  complex)  复合体，从而引起靶  mRNA  的降解或者翻译抑制。这一过程如图1a所示。

1  miRNA  基因的转录与转录初产物的剪接

　　大多数  miRNA  基因与蛋白质基因距离比较远，它们可能有自己的启动子可以进行独立的转录。但是也有相当多的  miRNA  基因，人有1/4的  miRNA  基因是位于蛋白质基因的内含子当中的，通常  miRNA  基因与内含子的转录方向是一致的，这就说明这些基因大多是与寄主蛋白基因共转录的，然后再从这些蛋白质基因的内含子中剪切出来。并且同一类  miRNA  基因在不同生物体中的寄主基因往往是保守的同一类蛋白质基因。正是由于  miRNA  与其寄主蛋白基因是共表达的，而使它们的联系在进化过程中也保守地保存下来。还有一些  miRNA  基因是成簇分布在染色体上，它们通过一个共同的启动子转录成为多顺反子。虽然这种形式在线虫和人的  miRNA  基因中比较少见，但是果蝇的  miRNA  基因中一半是成簇的。而且这些成簇的  miRNA  基因经常是彼此相关的。例如人的  mir-15a-mir-16  基因簇是位于13号染色体上的一个抑癌基因中，而这一位置在  B  细胞与  T  细胞白血病中均产生了结构的畸变。经研究发现，这两个  miRNA  确实与白血病的发生有关。

　　目前，我们对  miRNA  基因如何转录成为  pri-miRNA  还知之甚少。研究发现  RNA  聚合酶Ⅱ和Ⅲ均可以参与  miRNA  的转录。位于蛋白质基因内含子中的  miRNA  基因毫无疑问是由聚合酶Ⅱ进行转录的。虽然大多数其他  miRNA  基因缺少加多聚腺苷酸尾的信号，还有一些间接的证据证明它们也有可能是聚合酶Ⅱ的转录产物：a．有些  pri-miRNAs  相当长，有时超过1  kb，这比聚合酶Ⅲ的转录产物长很多。b．大多数  pri-miRNAs  最后一个碱基为尿嘧啶，而这通常被认为是聚合酶Ⅲ提前中止的转录产物。c．许多  miRNA  基因的表达在发育过程中是变化的，这种表达变化通常在聚合酶Ⅱ的转录产物中比较常见。d．将某些  miRNA  基因的5'区域与报告基因的开放阅读框相融合，可以使报告基因得到表达，说明这种  miRNA  基因是可以通过聚合酶Ⅱ转录的。e．对于线虫  let-7  miRNA  的研究表明，let-7  pri-miRNA  有多聚腺苷酸尾，确实是由聚合酶Ⅱ的转录产生。另外，聚合酶Ⅲ也可以参与  miRNA  基因的转录。例如，给  miRNA  基因加上聚合酶Ⅲ的启动子由聚合酶Ⅲ进行表达，在体内不仅可以有效地表达出这些  miRNA，同时它们还可以行使其功能，这就说明，miRNA  的加工及其功能的行使与由何种聚合酶参与其基因的转录并没有必然的联系。

　　对于  pri-miRNA  转录后加工的研究十分有限，只有对线虫  let-7  miRNA  的研究比较完整。Bracht  等发现了两种长的5'端加帽，3'端加多聚腺苷酸尾的  let-7  pri-miRNA，是由聚合酶Ⅱ转录产生的。这些转录产物在5'端有剪接引导序列，它们可以作为反式剪接的底物。实验证明，初级转录产物的反式剪接对于成熟的  let-7  RNA  的产生十分重要，其序列和结构的变化对于接下来的剪切反应影响很大，含有成熟的  let-7  RNA  发夹结构前体，其附近序列的二级结构在剪接前后发生了变化，这一变化延长了  let-7  RNA  的发夹结构前体末端的茎区，这一结构也是  RNase  Ⅲ  Drosha  的底物类似物。同时，初级转录产物的反式剪接也去掉了对下一步剪切造成空间阻抑的序列。因此，对  miRNA  初级转录产物的剪接可以显著改变发夹结构前体周围的序列及结构，从而有利于对  miRNA  前体的进一步剪切。

　　Pri-miRNA  的第一步剪切是由核糖核酸酶Ⅲ  Drosha  完成。其产物是～70  nt  的发夹结构前体  (pre-miRNA)。这一切割反应不仅切出了成熟的  miRNA  的3'末端，而且使3'末端有2  nt  的突出，这正是由核糖核酸酶Ⅲ进行切割的特征。而且，切割反应并不是发生在发夹结构前体的基部，而是基部上的几个碱基处。Drosha  进行切割的特异性序列还没有找到，但是前体基部的螺旋结构对于切割是十分重要的，因为在前体的茎区插入和删除序列将导致切割位点的改变。最新的研究发现，参与这一切割过程的是一个多蛋白质复合体，Drosha  是其中的重要成分，起到切割的作用。在这一复合体中，还存在一种双链  RNA  结合蛋白  Pasha  (partner  of  Drosha)。在果蝇细胞和线虫中抑制  Pasha  的表达，干扰了  pri-miRNA  的剪切，使细胞内  pri-miRNA  的积累增多，成熟  miRNA  的量减少。Pasha  在复合体中的具体功能还不清楚，但是它可能参与识别  miRNA  的初级转录产物，将它们集中到复合体中，有利于其被  Drosha  切割。另外，Pasha  可能对  pri-miRNA  在复合体中的定向有帮助，从而有利于  Drosha  在特定位点的切割。   (责任编辑：泉水)

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