微小RNA靶基因预测及功能分析方法综述

miRNA主要的功能是与靶标miRNA的3′或5′非翻译区甚至CDS区进行不完全不精确的碱基配对,从而抑制信使RNA(miRNA)的翻译或降解miRNA。然而,目前对大多数mi RNA的调节机制及其结合的靶基因知之甚少。基于计算生物学的mi RNA靶基因预测提供了一种有效且经济的分析方法,对目前几个典型的mi RNA靶基因的生物信息学分析方法进行了系统阐述,详细论述了mi RNA靶基因的预测方法和靶基因下游的生物信息学分析,包括mi RNA差异筛选、靶基因预测、靶基因富集分析、mi RNA和靶基因相互作用网络的构建、mi RNA与通路的网络构建等,系统论述了mi RNA差异表达的分析方法和步骤,为实验验证结果提供了可靠的参考方法,为开展mi RNA的功能分析和实验研究提供借鉴。     

毛白杨真菌胁迫下miRNA靶基因预测和生物信息分析

目前,关于杨树在真菌胁迫下其mi RNAs对基因的调控作用研究较少。准确快速地预测并鉴定mi RNA靶基因,对揭示真菌胁迫下mi RNAs在基因调控中的作用至关重要。该文根据mi RNA的进化保守性,通过靶基因预测软件ps RNATarget,以已知的毛果杨mi RNAs为探针,与毛白杨真菌胁迫下转录组的基因序列比对,找到其中347个mi RNAs的772个靶基因,分别编码与植物激素信号传导、植物病原互作、谷胱甘肽代谢等与植物抗病密切相关的蛋白。mi R393通过转录后水平作用于靶基因,调节生长素信号以响应多种外界刺激。该研究发现了mi R393的11个靶基因,主要参与生长素介导的信号通路;其中6个靶基因(SD1-13、CYP83B1、AFB2、TIR1、AFB3和PSBR)存在差异表达,这些基因是研究mi R393的生物学功能的关键候选基因。     

动植物microRNA的起源、合成及作用模式

micro RNA(mi RNA)是一种真核生物内源产生的长度约为20~23个核苷酸的非编码小分子RNA,作为一种调控因子广泛存在于动物和植物中。虽然动植物mi RNA均是通过对靶基因进行转录后负调控从而参与动植物的生长发育过程,但动植物mi RNA起源方式和合成途径却不尽相同,其对靶基因调控的作用模式也存在很大差异。该文就动植物mi RNA在起源、合成及作用模式上的异同点作一综述,为深入认识动植物mi RNA提供理论依据。     

植物MicroRNA介导的基因调控在作物改良中的应用潜能

植物Micro RNAs(mi RNAs)是长度约22个核苷酸的內源、单链、非编码、小分子RNA,通过降解或抑制靶m RNA介导转录后沉默。随着高通量测序技术及各种研究技术的进步,越来越多的micro RNA被测序和验证,为利用基因工程手段进行作物改良提供了丰富的候选基因资源。综述了mi RNAs在生物胁迫、非生物胁迫和植物生长发育等方面的最新研究进展,同时分析了mi RNAs介导的基因调控在作物改良中的应用潜能,并介绍了几种基于mi RNA作用机制的植物基因工程改良作物的转基因新技术,如靶基因RNAi,人工mi RNAs(ami RNAs),Target Mimics(TM),超表达mi RNA-resistant tagerts;也讨论了基于mi RNA作用机制的转基因技术所面临的风险和挑战。     

子宫肌瘤差异表达microRNA的定量分析及靶基因鉴定

Micro RNA(mi RNA)是一类非编码单链小分子RNA,广泛参与人类各种生理、病理过程。最新研究提示,mi RNA在子宫肌瘤中起着重要调控作用,该研究试图对子宫肌瘤组织中差异表达mi RNAs进行表达验证及靶基因鉴定,结果发现,与瘤旁组织相比,mi R-363、mi R-490、mi R-135b等的表达水平在肌瘤组织中有着4~6倍的上调,而mi R-217、mi R-590、mi R-451则下调3~5倍。通过软件预测结合表达定量分析,发现其中mi R-363的靶基因为卵泡激素相互作用蛋白1基因(folliculin interacting protein 1,FNIP1)和溶质载体家族蛋白12成员5(solute carrier family 12 member5,SLC12A5)。mi R-135b的靶基因核受体亚科3 C组,成员2(nuclear receptor subfamily 3,group C,member 2,NR3C2)在肌瘤组织中表达有显著下降,而mi R-590的靶基因锌指蛋白367基因(zinc fi nger protein 367,ZFN367)和去泛素水解酶1基因(yeast OTU deubiquinating enzyme 1 homolog,YOD1)在肌瘤组织中的表达水平显著上升。进一步的报告基因分析发现,其中FNIP1、NR3C2、ZNF367的3′UTR能够与相应的mi RNA结合。分析相同肌瘤样品中表达水平的关系发现,这三个靶基因表达均与相应的mi RNA呈显著的负相关。该研究的发现为子宫肌瘤的分子机制研究和诊治提供了新的参考。     

竞争性内源RNA在转录后水平调控基因表达

竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)假说提出了一种RNA在转录后水平调控基因表达的机制,即信使RNA(message RNA,m RNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)、假基因(pseudogene)转录物及环状RNA(circular RNA,circ RNA)通过竞争结合相同的微小RNA(micro RNA,mi RNA)来影响靶基因RNA的稳定性或翻译活性,实现转录后水平的基因表达调节。这一全新的基因表达调控机制目前已在肌肉的分化、胚胎干细胞的分化、中脑的发育及癌症的转移等多个研究领域被发现,并且被证实参与多个生物学过程的调控。ce RNA这种以mi RNA为媒介实现RNA与RNA相互调控的机制,使得编码基因和非编码基因在全转录组范围内形成了一个庞大而精细的调控网络,增加了基因调控网络的复杂性。文章就ce RNA的分子类型、ce RNA机制所涉及的生物学功能、影响ce RNA机制的重要因素及ce RNA调控网络预测这几个方面进行综述。     

miR-27在肿瘤、心血管疾病和能量代谢中的作用研究进展

微小RNA(micro RNA,mi RNA)是一种在进化上高度保守的内源性非编码单链小RNA。近年来研究表明,mi RNA在肿瘤发生发展、脂肪代谢、血管生成等方面扮演着重要的角色,其通过靶基因在一定程度上调控细胞的生长、发育和增殖,并且与多种疾病有着密切的联系。现从以上3个方面对mi R-27的最新研究进展进行简要综述,以期为mi R-27的后续研究提供理论依据,丰富mi RNA的研究内涵。     

microRNA对衰老相关分子SIRT1调控作用的研究进展

沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)是NAD+依赖的III类组蛋白去乙酰化酶,是衰老相关信号通路中的重要分子,参与细胞衰老过程。微小RNA(micro RNA,mi RNA)是一类长度约为22 nt的内源性非编码小分子RNA,通过影响靶m RNA的稳定性或抑制其翻译从而对基因进行转录后表达的调控。研究表明,mi RNAs可以通过调控SIRT1的表达,促进细胞衰老。现就mi RNA对衰老相关分子SIRT1的调控作用进行概述。     

miR-183家族在肿瘤中作用机理的最新进展

micro RNA是真核生物中一类长约18~25个核苷酸的小分子非编码RNA,它们可以与m RNA的3′-UTR结合在转录后水平调控基因的表达。很多报道表明,mi RNA参与了肿瘤的发生发展调控。mi R-183家族的三个成员mi R-183、mi R-96和mi R-182都与肿瘤密切相关。研究发现,在前列腺癌、肺癌、结肠癌、乳腺癌等肿瘤中mi R-183家族表达异常,其机制是通过调控多种靶基因参与其中。本文综述了mi R-183家族在常见高发肿瘤中的研究现状。     

阿霉素诱导下的肝癌细胞HepG2中微小RNA差异表达分析

旨在研究阿霉素诱导引起的DNA损伤压力下,肝癌细胞Hep G2中参与DNA损伤应答的mi RNA,并分析这些mi RNA靶基因参与肝癌DNA损伤应答相关的生物学进程与通路。通过小RNA测序检测阿霉素处理肝癌细胞Hep G2前后mi RNA的差异表达情况,使用GO与KEGG通路富集方法对差异表达mi RNA靶基因进行功能富集分析。结果显示,共检测出显著表达差异mi RNA 68个,其中上调13个,下调55个。mi RNA靶基因的功能分析结果显示,53条mi RNAs靶基因显著富集于调控细胞增殖、细胞凋亡、细胞迁移和细胞周期等与DNA损伤应答以及肿瘤相关的生物进程和信号通路,包括p53信号通路、癌症通路、Wnt信号通路和MAPK信号通路等。研究表明,在阿霉素诱导下,Hep G2中的差异表达mi RNAs与DNA损伤相关的肿瘤生物学进程以及信号通路显著相关,预示这些mi RNAs在阿霉素引发的肝细胞癌DNA损伤应答中起着重要的作用。     

竞争性内源RNA的研究进展及研究策略

竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)通过结合同一种mi RNA参与其靶基因的表达调控。研究发现,假基因转录物、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)、编码蛋白质的m RNA、环形RNA(circular RNA,circ RNA)等都可以作为ce RNA参与基因表达的调控,并与肿瘤的发生发展有着重要的联系。本文在近年来ce RNA研究进展的基础上,从ce RNA研究的常用技术、研究策略、生物信息学分析、ce RNA表达一致性等方面进行综述,开展ce RNA研究需要采取的研究策略。     

REV感染DF-1细胞分泌外体的生物信息学分析

该研究探讨了REV感染DF-1细胞分泌外体携带表达差异的蛋白质和微RNA(micro RNA,mi RNA),及其基因功能和参与的信号通路,为病毒致病机制研究提供了基础。通过蛋白组学和转录组学检测技术,筛选病毒感染组与对照组DF-1细胞分泌外体的差异蛋白质和mi RNA,并利用在线软件数据库对其进行GO功能富集和KEGG信号通路分析。结果筛选到101个差异表达蛋白质,其中56个表达上调,45个表达下调,共参与155条信号通路,参与蛋白质最多的是肿瘤相关通路;并筛选到3个表达上调的mi RNA,其中mi RNA-155、mi RNA-146a-3p编码的靶蛋白(整合蛋白)与差异蛋白质肌动蛋白相关2/3复合体(actinrelated 2/3 complexs,Arp2/3)共同参与肌动蛋白细胞骨架信号通路;差异蛋白质及mi RNA编码靶基因均含有病毒成分,并参与细胞信号转导、免疫、黏附、运动、生物调节等过程。该研究结果表明,REV感染DF-1细胞来源外体表达差异的蛋白质和mi RNA及其参与的生物学过程和信号通路与肿瘤形成密切相关,外体途径可能在REV致瘤机制中具有重要作用。     

意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达微小RNA及其靶基因分析

【目的】蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis(简称球囊菌)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫肠道的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA,mi RNA)是一种在转录后水平对m RNA进行负调控的关键调控因子。本研究旨在对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称意蜂)幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达mi RNAs(DEmiRNAs)及其靶基因进行深入分析,为揭示DEmiRNAs在胁迫应答中的作用提供重要信息。【方法】利用small RNA-seq(s RNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂6日龄幼虫肠道(分别表示为Am CK和Am T)进行测序,通过相关生物信息学软件对DEmiRNAs进行预测和分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNAs的靶基因,然后利用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库的功能注释。通过Cytoscape软件构建DEmiRNAs与其靶m RNAs的调控网络。通过茎环实时荧光定量PCR(stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】Am CK和Am T的测序分别得到9 230 496和10 823 667条有效序列标签; Am CK vs Am T比较组中包含15个上调和6个下调mi RNAs,分别结合3 503和3 252个靶基因,它们可分别注释到40和39个GO terms以及104和99条代谢通路;进一步分析发现调控网络中的17个DEmiRNAs靶向结合116个与丝氨酸蛋白酶相关的m RNAs,14个DEmiRNAs靶向结合54个与泛素介导的蛋白水解相关的m RNAs。Stem-loop RT-qPCR验证结果显示随机选择的4个DEmiRNAs (mi R-251-x,mi R-9277-y,mi R-1672-x和mi R-4968-y)的表达量变化趋势与测序结果一致,表明测序数据真实可信。【结论】本研究率先对意蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的DEmiRNAs及其靶基因进行预测与分析,提供了mi RNAs的表达谱和差异表达信息。ame-miR-927b,mi R-429-y和mi R-8440-y等DEmiRNAs可能参与对丝氨酸蛋白酶的调控和对泛素介导的蛋白水解的调控,DEmiRNAs与靶基因之间存在复杂的调控网络关系。DEmiRNAs可参与到意蜂幼虫肠道与球囊菌间的互作。     

miR319a及其靶基因在木薯中的低温响应分析

旨在探索mi RNA在木薯低温逆境中的调控作用,前期小RNA测序筛选出mi R319对低温显著响应,通过实时定量PCR方法分析mi R319与其4个不同靶基因在两个木薯品种的4种低温处理下的差异表达情况。结果显示,mi RNA与其靶基因在两个不同木薯品种间的响应不同,4个低温处理间的响应也不同,mi RNA与各个靶基因的相关系数也不同。比较发现在C4中mi R319a与3个靶基因(GSTU8除外)负相关性均好于SC124,处理之间在NAH中的负相关表现最典型,mi R319与4个靶基因之间的相关系数从大到小的顺序为:MYB33UnknownTCP4GSTU8,预示着MYB33和Unknown(021030m)两个靶基因在C4的NAH中是mi R319a更为优先的调控目标。结果表明在木薯的低温逆境适应过程中mi R319对MYB33和Unknown两个靶基因的调控作用值得深入研究。     

固有免疫信号分子hsa-miR-146b调控脑卒中关联信号分子的生物信息学分析与实验研究

该研究旨在运用生物信息学方法预测固有免疫信号分子hsa-mi R-146b与脑卒中关联的分子调控网络。实验运用UCSC基因组浏览器、人类mi RNA疾病数据库、TF-mi RNA调控数据库、mi RNA靶基因预测验证数据库和Genecards数据库研究hsa-mi R-146b的上游转录因子、下游靶基因及信号通路的多个调控途径,绘制hsa-mi R-146b的核心调控网络图。采用脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激慢病毒感染的小胶质细胞BV2细胞,采用实时定量PCR检测早期生长反应基因1(early growth response 1,EGR1)、Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)、mi R-146b、脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)和基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP9)的m RNA水平变化,对hsa-mi R-146b调控网络进行验证。UCSC数据库中显示,hsa-mi R-146b在多个物种中具有高度保守性。生物信息学分析显示,hsa-mi R-146b受转录因子EGR1调控的同时,又调控下游TLR4、BDNF和MMP9等39个靶基因。所有基因构成一个以hsa-mi R-146b为核心的调控网络,在脑卒中的发生与发展中起着重要作用。在LPS刺激的BV2细胞中,EGR1、TLR4、mi R-146b、BDNF和MMP9m RNA水平升高,而RNA慢病毒技术干扰小胶质细胞中的EGR1的表达后,TLR4、mi R-146b和MMP9 m RNA水平降低,BDNF升高,表明EGR1是调节mi R-146b表达和下游信号分子TLR4、BDNF和MMP9的关键信号分子。综上所述,生物信息学方法预测并初步验证了hsa-mi R-146b分子在脑卒中疾病中的调控网络,为深入阐明hsa-mi R-146b在脑卒中疾病中的机制奠定了实验基础。     

microRNA-378 与肿瘤血管生成的研究进展

微小RNA(MicroRNAs,mi RNAs)是真核生物中一类长度约为21到23个核苷酸的非编码小分子单链RNA。mi RNA通过与靶m RNA 3′UTR(3′-untranslated region,3′非编码区)完全或不完全结合,抑制翻译或直接诱导其降解,发挥转录后负调控作用。mi RNA参与机体多种生理和病理过程,且可通过调控其靶标基因参与各种信号通路,影响血管生成。mi R-378属于诸多mi RNAs中的一种。目前已知mi R-378的研究主要集中在肿瘤发生及血管生成、心血管疾病和脑缺血等病理过程,其中与肿瘤发生及血管生成相关研究居多。mi R-378在不同肿瘤中的发挥的作用也不一样,在脑胶质瘤,肺癌,横纹肌肉瘤等肿瘤中发挥促癌基因的作用,在卵巢癌,胃癌,大肠癌等肿瘤中发挥抑癌基因的作用。但是,mi R-378调节肿瘤血管生成的作用机制还有待于深入研究。本文主要对mi R-378在四种肿瘤(脑胶质瘤、肺腺癌、卵巢癌和横纹肌肉瘤)中调控血管生成的相关性研究进展进行综述,以期为这些疾病的治疗和预防提供一种新的思路。     

唇腭裂患儿下调表达的miRNA相关研究

目的:唇腭裂是口腔颌面部最常见的先天性畸形,危害严重。mi RNA在细胞分化,生物发育及疾病发生发展过程中发挥巨大作用,越来越多的受到科研人员的关注。本课题对唇腭裂患儿下调表达的mi RNA与唇腭裂相关性进行验证研究,为mi RNA应用在唇腭裂防治中奠定一定的基础。方法:通过芯片分析方法检测唇腭裂患儿表达下调的mi RNA,利用MIRDB、TARGETSCAN-VERT和RNA22-HSA这三个生物信息学软件对唇腭裂患儿表达下调的mi RNA进行靶基因预测分析,验证候选mi RNA与唇腭裂具有相关性。结果:得出唇腭裂患儿中出现差异表达下调的mi RNA有hsa-mi R-3119,hsa-mi R-3915等73个,其中hsa-mi R-3611对应的靶基因GABRB3和hsa-mi R-764对应的靶基因F13A1有文献报道与唇腭裂具有相关性。结论:hsa-mi R-3611,hsa-mi R-764可能与唇腭裂的发生存在关联。     

转录因子CREB及其相关miRNAs的独立和联合效应在肿瘤发生发展中的作用

c AMP反应元件结合蛋白(c AMP responsive element binding protein,CREB)作为细胞内重要的转录因子,调控靶基因的表达进而影响肿瘤的发生发展。文献表明,mi RNA作为原癌基因或抑癌基因参与调控肿瘤的机制之一,与CREB密切相关。该文结合目前的研究成果,对CREB及其相关mi RNAs独立和联合效应在肿瘤发生发展中的作用及其分子机制进行综述。     

靶向Wnt1的miRNA与circRNA及其靶基因间相互作用的生物信息学分析

为对靶向Wnt1的7种mi RNAs进行circ RNAs及其靶基因的预测,同时分析其与circ RNAs及靶基因间的相互作用,分别采用Starbase及mi RWALK软件,对文献报道的靶向Wnt1基因的let-7e、mi R-21、mi R-34a、mi R-122、mi R-148a、mi R-148b与mi R-152等7种mi RNAs的circ RNAs和对应的靶基因进行生物信息学预测.利用Cytoscape 3.2.1对这7种mi RNAs和预测所得到的circ RNAs及对应的靶基因进行网络分析.并进一步对预测到的靶基因通过DAVID软件进行通路分析.Starbase软件对这7种不同mi RNAs所预测的靶circ RNAs的数量分别为58、15、41、20、28、28、28个.分别比较mi RWALK中7~9个以上软件共有的mi RNAs及其与靶基因的关系,发现CHD7基因是唯一一个在三种不同预测范围内与mi R-21、mi R-148a、mi R-148b和mi R-152等4种mi RNAs相对应的靶基因.CNOT6、NBEA、ZFYVE26与ZDHHC17是在两种不同预测范围内与至少4个mi RNAs相对应的靶基因.在7种mi RNAs所预测靶基因相关的KEGG信号通路中,7~9个软件以上共有的信号通路为Focal adhesion信号通路、MAPK信号通路、Notch信号通路与TGF-beta信号通路.在MAPK信号通路中DUSP1与MRPS35_hsa_circ_001042均分别是与mi R-21、mi R-148a、mi R-148b及mi R-152等4种mi RNAs相互作用的靶基因与circ RNA.本研究对靶向Wnt1的mi RNAs及其相互作用的circ RNAs、靶基因与信号通路等进行了网络分析与预测,为进一步分析它们之间的相互作用奠定了基础.     

DLX6-AS1通过竞争性结合miR-15上调Caspase-1诱导巨噬细胞焦亡

为探讨长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA) DLX6-AS1在巨噬细胞焦亡中的作用及相关机制,采用生物信息学分析、实时荧光定量PCR和双荧光素酶报告基因实验等,在THP-1巨噬细胞中分析并验证lncRNA DLX6-AS1下游微RNA (microRNA, mi RNA)及mi RNA的下游靶基因;通过免疫荧光染色等实验检测DLX6-AS1/miR-15/caspase-1轴对巨噬细胞焦亡的影响。结果显示, DLX6-AS1在焦亡巨噬细胞中表达上调,敲降DLX6-AS1可抑制巨噬细胞焦亡,但这种抑制作用被mi R-15抑制剂逆转; mi R-15通过调控其靶基因caspase-1表达,抑制巨噬细胞焦亡。本研究表明, DLX6-AS1通过竞争性结合mi R-15,解除mi R-15对其靶基因caspase-1的抑制作用,从而诱导巨噬细胞焦亡,这将丰富lncRNA调控巨噬细胞焦亡的理论基础。