English | 中文版 | 手機(jī)版 企業(yè)登錄 | 個人登錄 | 郵件訂閱
當(dāng)前位置 > 首頁 > 技術(shù)文章 > miRNA 在基因調(diào)控中的作用

miRNA 在基因調(diào)控中的作用

瀏覽次數(shù):1098 發(fā)布日期:2021-9-24  來源:MedChemExpress
MicroRNA (miRNA) 是什么?“micro”“mi”是微小的意思,顧名思義,miRNA 就是小的非編碼 RNA,長度約 23 個核苷酸 (nt),它在轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用,包括疾病的發(fā)生、細(xì)胞分化與組織發(fā)育,細(xì)胞凋亡等等。


 
miRNA 的生物發(fā)生及在疾病中的作用



miRNA 從哪兒來:一般而言,在細(xì)胞核內(nèi),通過 RNA 聚合酶 Ⅱ 轉(zhuǎn)錄生成初始 miRNA (pri-miRNA),長約幾百到幾千個堿基不等。pri-miRNA 主要包括帽子結(jié)構(gòu)和 poly(A),以及一個或多個發(fā)夾莖環(huán)結(jié)構(gòu) (Stem-loop) → 被 RNA 結(jié)合蛋白 DGCR8 高效特異性識別,并在 Drosha 蛋白的作用下,被切割成 ~70 nt 的莖環(huán)結(jié)構(gòu),即 miRNA 的前體 (pre-miRNA) →→ 在輸出蛋白 Exportin5 的作用下運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中,在 RNA 酶 Ⅲ 內(nèi)切酶 Dicer 和 TRBP(反式激活應(yīng)答 RNA 結(jié)合蛋白)伴侶的作用下形成 19-23 nt 左右的成熟雙鏈 miRNA 結(jié)構(gòu) (引導(dǎo)鏈 miRNA 和隨從鏈 miRNA*)  →→ 與 Argonaute (Ago) 蛋白和 Dicer 酶一起構(gòu)成 RNA 誘導(dǎo)沉默復(fù)合體 (RNA-induced silencing complex, RISC),其中隨從鏈 miRNA* 被移除,從而形成單鏈的 miRNA。

miRNA 要到哪兒去:miRNA 的種子區(qū)域 (5’ 端的 2-8 nt) 通過序列互補(bǔ)原則靶向 mRNA,可直接抑制翻譯,或可導(dǎo)致 mRNA 不穩(wěn)定,從而降解靶蛋白。

(Ago 是 miRNA 的得力助手和保鏢,miRNA 調(diào)控靶蛋白需要通過 Ago 實(shí)現(xiàn),Ago 還保護(hù)了 miRNA 不被降解。以 hAgo 為例,hAgo 有四個亞型 hAgo1-hAgo4,Ago 通過 miRNA 的引導(dǎo),定位到靶 mRNA 的互補(bǔ)區(qū)域,hAgo2 通過固有的內(nèi)切核酸裂解活性來使 mRNA 沉默;蛘吒湫偷,通過抑制翻譯,以及誘導(dǎo) mRNA 降解來發(fā)揮作用。)

圖 1. miRNA 的生物發(fā)生過程[2]

作為最早發(fā)現(xiàn)、名字都很獨(dú)樹一幟的 miRNA,let-7 一直以來都是 miRNA 研究中的?,let-7 是個抑癌因子 (通過下調(diào) MYC、HMGA2、BLIMP1 或者 RAS 家族成員,抑制腫瘤的發(fā)展),降低了癌癥的侵襲性、化療抗性和放射抗性 (極少數(shù)情況下,也可能作為一個原癌基因)。此外,let-7 還在諸多癌癥中差異性表達(dá),有望成為腫瘤篩選的標(biāo)記物。

另一個流量明星——miR-210,是一個原癌 miRNA,在多種癌細(xì)胞中表達(dá)顯著升高,如胰腺癌、乳腺癌。研究發(fā)現(xiàn),沉默 miR-210-3p 可以顯著抑制臨床前模型中前列腺癌細(xì)胞的骨轉(zhuǎn)移,miR-210-3p 通過靶向 NF-κB 信號通路的負(fù)調(diào)控因子 TNIP1 和  SOCS1 促進(jìn) EMT (間充質(zhì)轉(zhuǎn)化)、侵襲和遷移,導(dǎo)致 NF-κB 通路的激活。此外,miR-210 是低氧誘導(dǎo)因子的一個重要靶點(diǎn),已有研究證實(shí),高水平的 miR-210 和體內(nèi)缺氧信號有關(guān)。

 
RNA 的二級結(jié)構(gòu)也可成為小分子靶點(diǎn)?

第一個靶向 miRNA 的小分子得追溯到 2008 年,Shan 等人通過熒光標(biāo)簽篩選 FDA 庫,發(fā)現(xiàn)依諾沙星 (Enoxacin) 可增強(qiáng) siRNA 介導(dǎo)的 mRNA 降解,能促進(jìn)內(nèi)源性 miRNAs 的生物發(fā)生,該作用依賴于 TRBP 途徑。但因 miRNA 的特殊性,不少小分子都是靶向 AGO、TRBP 等調(diào)控 miRNA 生物發(fā)生的關(guān)鍵分子,而非直接靶向。可喜的是,近年,研究人員發(fā)現(xiàn)了可靶向 RNA 二級結(jié)構(gòu)的小分子。

2017 年,Matthew G. Costales 等人發(fā)現(xiàn)了 miR-210 的一個靶向小分子 Targapremir-210 (TGP-210),TGP-210 選擇性的識別 miR-210 前體 pre-miRNA,并結(jié)合到該前體結(jié)構(gòu)的 Dicer 位點(diǎn),抑制 miRNA 的成熟,從而解除 miR-210 對缺氧相關(guān)蛋白 GPD1L 活性的抑制,引發(fā)一系列的生物學(xué)反應(yīng)。

圖 2. TGP-210 的作用機(jī)制[7]

TGP-210 在納摩爾級別就具有明顯的促乳腺癌細(xì)胞凋亡作用,并通過 anti-miR-210 antagomir (miR-210 拮抗劑) 陽性對照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TGP-210 和 miR-210 拮抗劑具有相似的生物活性和特異性。
(TGP-210 和 miR-210 拮抗劑均影響成熟 miR-210 的表達(dá)水平,TGP-210 對其它  ~2500 個 miRNA 無明顯活性。另外貼心地給大家比對了人、小鼠和大鼠的 pre-miR-210 的序列,發(fā)現(xiàn)其成熟 miRNA 序列完全一致,pre-miRNA 序列的同源性也高達(dá) 96.6%。)


圖 3. 不同物種 pre-miR-210 的序列比對 (來自數(shù)據(jù)庫 miRBase)

此外,在小鼠三陰性乳腺癌 (TNBC) 模型中,TGP-210 和 miR-210 拮抗劑均顯著抑制了腫瘤生長,且 TGP-210 單次腹腔注射可維持腫瘤抑制 21 天。這些結(jié)果說明,能折疊成確定的二級結(jié)構(gòu),但三級結(jié)構(gòu)有限的 RNA 也可以作為小分子的靶標(biāo),且小分子抑制劑顯示出了意想不到的特異性。

 
TGP-210 的 2.0 版本——核糖核酸酶靶向嵌合物 (RIBOTAC)



研究不止步于此,Matthew G. Costales 團(tuán)隊(duì)在 2018 年報(bào)道,2-5 poly(A) 寡核苷酸偶聯(lián)在 miR-96 的發(fā)夾前體結(jié)構(gòu)上,可局部激活內(nèi)源性的核糖核酸酶 (RNase L),在細(xì)胞中選擇性切割 miR-96 的前體。miR-96 的沉默可以抑制促進(jìn) FOXO1 降解的轉(zhuǎn)錄因子,從而觸發(fā)癌細(xì)胞的凋亡。無獨(dú)有偶,該團(tuán)隊(duì)在 2020 年報(bào)道了 TGP-210 的后續(xù)研究,作者將不同單位的 2-5 poly(A) (1-4) 寡核苷酸偶聯(lián)到 TGP-210  上,發(fā)現(xiàn) TGP-210-RL (連接 4 個單位的 2-5A) 具有很好的切割活性 (RIBOTAC)。
圖 4. TGP-210 和 TGP-210-RL 的結(jié)構(gòu)式比較[10]

TGP-210 可結(jié)合 pre-miRNA (Kd = 160 nM),但也能結(jié)合 DNA (Kd = 620 nM),而優(yōu)化后的 TGP-210-RL 與 DNA 的結(jié)合活性大大降低 (Kd = 1200 nM),且具有更高的特異性,但其與 pre-miRNA 的結(jié)合活性也有所降低 (Kd = 320 nM)。

(Dicer 位點(diǎn)發(fā)生單堿基突變后,無法與 TGP-210-RL 結(jié)合。)

盡管有寡核苷酸的存在,TGP-210-RL 還是可以自如地進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用 (進(jìn)入數(shù)量是 TGP-210 的 60%),與 TGP-210 主要定位于細(xì)胞核不同,TGP-210-RL 主要存在于細(xì)胞質(zhì)。TGP-210 和 TGP-210-RL 均可以顯著下調(diào)成熟 miRNA 的水平。TGP-210-RL 同時(shí)顯著下調(diào) pre-miR-210 的水平,這是 TGP-210-RL 激活的 RNase L 選擇性切割 pre-miR-210 的結(jié)果。和陽性對照 LNA-210 相比,TGP-210 和 TGP-210-RL 均可引起相似的癌細(xì)胞凋亡作用,且 TGP-210-RL 活性更好。

(TGP-210 會導(dǎo)致 pre-miR-210 的水平升高,這與其機(jī)制是一致的。過表達(dá) miR-210 后,LNA-210、TGP-210 和 TGP-210-RL 的凋亡作用均消失,進(jìn)一步驗(yàn)證了癌細(xì)胞凋亡是由抑制 miR-210 導(dǎo)致的。)

2020 年 12 月 Science 報(bào)道了 miRNA 靶向降解 (TDMD) 的新機(jī)制,研究發(fā)現(xiàn) ZSWIM8 Cullin-RING E3 蛋白酶體途徑靶向降解 Ago,使大量 miRNA 暴露降解。這一發(fā)現(xiàn)不僅為開發(fā) miRNA 的降解劑提供了新思路,也拉近了 miRNA 和小分子藥物的距離。

小編寄語:傳統(tǒng)意義上認(rèn)為的 RNA 難以靶向、藥物篩選成本巨大等問題,常常使得 RNA 靶向小分子被忽略。但是 Matthew G. Costales 團(tuán)隊(duì)的研究給了我們新啟示,一方面 Inforna 的計(jì)算程序可更好的評估小分子靶向 RNA 的選擇性和靶向性,另一方面,核糖核酸酶靶向嵌合物(TGP-210-RL,RIBOTACs)也實(shí)現(xiàn)了新突破。2020 年 12 月,該團(tuán)隊(duì)又又又開發(fā)出了pre-miR-21 的小分子抑制劑 TGP-21 和 RIBOTAC TGP-21-C1-3,真是高效的團(tuán)隊(duì),這速度小編實(shí)在望塵莫及。

 
相關(guān)產(chǎn)品
Targapremir-210 (TGP-210)
一種有效的、選擇性的 miR-210 抑制劑。高親和力抑制 pre-miR-210 加工 (Kd 為 ~200 nM)。
Enoxacin hydrate
是一種 miRNA 加工激活劑,可增強(qiáng) siRNA 介導(dǎo)的 mRNA 降解并促進(jìn)內(nèi)源性 miRNA 的生物發(fā)生,也可增強(qiáng) TAR RNA 結(jié)合蛋白 2 (TRBP) 介導(dǎo)的 microRNA 加工。
Aurintricarboxylic acid
P2X1Rs 和 P2X3Rs 變構(gòu)拮抗劑,能夠調(diào)節(jié) miRNA 功能。
SID 3712249
微小 RNA-544 (miR-544) 的生物合成抑制劑。
Dexamethasone
一種糖皮質(zhì)激素受體激動劑;在 LPS 誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)中,抑制含有炎性 miRNA-155 的外泌體的產(chǎn)生。
Tricin
一種天然類黃酮;通過上調(diào) FAK 靶向 microRNA-7 的表達(dá)來抑制 C6 膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。
Lin28-let-7a antagonist 1
對 Lin28-let-7a 的結(jié)合有明顯的拮抗作用,其對 Lin28A-let-7a-1 結(jié)合的 IC50 值為 4.03 μM。
Pseudoprotodioscin
一種呋喃葡糖苷,抑制 SREBP1/2 和 microRNA 33a/b 水平,降低膽固醇和甘油三酯合成相關(guān)的基因表達(dá)。
MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào),我們不為任何個人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)

參考文獻(xiàn)
1. Hongyu Liu, et al. Nuclear functions of mammalian MicroRNAs in gene regulation, immunity and cancer. Mol Cancer. 2018 Feb 22; 17(1): 64.
2. Dónal O'Carroll, et al. General principals of miRNA biogenesis and regulation in the brain. Neuropsychopharmacology. 2013 Jan; 38(1): 39-54.
3. Jessica Sheu-Gruttadauria, et al. Structural Basis for Target-Directed MicroRNA Degradation. Mol Cell. 2019 Sep 19; 75(6): 1243-1255. e7.
4. Evgeny Chirshev, et al. Let-7 as biomarker, prognostic indicator, and therapy for precision medicine in cancer. Clin Transl Med. 2019 Aug 28; 8(1): 24.
5. Rengen Fan, et al. Small molecules with big roles in microRNA chemical biology and microRNA-targeted therapeuticsRNA Biol. 2019 Jun; 16(6): 707-718.
6. Dong Ren, et al. Oncogenic miR-210-3p promotes prostate cancer cell EMT and bone metastasis via NF-κB signaling pathway. Mol Cancer. 2017 Jul 10; 16(1): 117.
7. Matthew G Costales, et al. Small Molecule Inhibition of microRNA-210 Reprograms an Oncogenic Hypoxic Circuit J Am Chem Soc. 2017 Mar 8; 139(9): 3446-3455.
8. Ge Shan, et al. A small molecule enhances RNA interference and promotes microRNA processing. Nat Biotechnol. 2008 Aug; 26(8): 933-40.
9. Matthew G Costales, et al. Small Molecule Targeted Recruitment of a Nuclease to RNA. J Am Chem Soc. 2018 Jun 6; 140(22): 6741-6744.
10. Matthew G Costales, et al. Targeted Degradation of a Hypoxia-Associated Non-coding RNA Enhances the Selectivity of a Small Molecule Interacting with RNA. Cell Chem Biol. 2019 Aug 15; 26(8): 1180-1186. e5.
11. Charlie Y Shi, et al. The ZSWIM8 ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA degradation. Science. 2020 Dec 18; 370(6523):eabc9359.
12. Matthew D Disney, et al. Inforna 2.0: A Platform for the Sequence-Based Design of Small Molecules Targeting Structured RNAs. ACS Chem Biol. 2016 Jun 17; 11(6): 1720-8. 

13. Blessy M Suresh, et al. A general fragment-based approach to identify and optimize bioactive ligands targeting RNA. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Dec 29;117(52):33197-33203
來源:上海皓元生物醫(yī)藥科技有限公司
聯(lián)系電話:021-58955995
E-mail:sales@medchemexpress.cn

標(biāo)簽: miRNA 小RNA
用戶名: 密碼: 匿名 快速注冊 忘記密碼
評論只代表網(wǎng)友觀點(diǎn),不代表本站觀點(diǎn)。 請輸入驗(yàn)證碼: 8795
Copyright(C) 1998-2024 生物器材網(wǎng) 電話:021-64166852;13621656896 E-mail:info@bio-equip.com