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miRNA的作用機(jī)制

miRNA 在發(fā)揮作用之前，需要同細(xì)胞內(nèi)Germin3、Germin4和Argonaute蛋白家族成員eIF2C2因子等協(xié)同因子結(jié)合形成蛋白質(zhì)-RNA復(fù)合物（miRNA-containing ribonucleic protein，miRNP），在miRNP的作用下指導(dǎo)其識(shí)別同源mRNA，研究認(rèn)為miRNP即為RISC，并引起靶mRNA的降解或翻譯的抑制。

當(dāng)RISC復(fù)合體與miRNA的向?qū)ф溄Y(jié)合之后，便進(jìn)行mRNA的識(shí)別。絕大部分RISC復(fù)合體與靶標(biāo)mRNA之間的結(jié)合能（binding energy）都來自于miRNA種子區(qū)的核苷酸。即RISC復(fù)合體之所以能夠被靶標(biāo)識(shí)別并結(jié)合主要是因?yàn)?/span>RISC具有固有的、非特異性的親和力。但是，靶標(biāo)的可結(jié)合性是直接與其降解效率相關(guān)的，這說明RISC復(fù)合體并不能夠打開RNA分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

在細(xì)胞內(nèi)，mRNA分子均與核蛋白（ribonucleoproteins，RNP）結(jié)合在一起，以復(fù)合體的形式存在，因此mRNA分子的可識(shí)別性還會(huì)受到幾種RNA結(jié)合蛋白的影響，因?yàn)檫@些蛋白有可能會(huì)遮蔽mRNA分子的結(jié)合位點(diǎn)或者打開mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。因此，RISC復(fù)合體的作用似乎就是根據(jù)結(jié)合的靶標(biāo)而定的。它的作用模式不僅會(huì)受到靶標(biāo)mRNA分子上用來與miRNA結(jié)合的位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的影響，還會(huì)受到與每一個(gè)Argonaute蛋白結(jié)合的RNA結(jié)合蛋白的影響。比如，在動(dòng)物體內(nèi)，miRNA至少可以通過作用于靶mRNA 3’端非翻譯區(qū)里的結(jié)合位點(diǎn)的三條各不相同的途徑來沉默基因表達(dá)（切割mRNA靶標(biāo)分子、抑制mRNA靶標(biāo)分子的翻譯表達(dá)，或降解mRNA靶標(biāo)分子）。

不過，對(duì)于每一個(gè)單獨(dú)的miRNA-mRNA沉默復(fù)合體來說，由抑制翻譯和直接降解而造成的基因沉默效果并不相同。此外，最終的沉默效果可能還會(huì)受到其他能夠與靶mRNA或RISC復(fù)合體發(fā)生相互作用、抵消miRNA的蛋白質(zhì)的影響。這樣，每種組織因其所含蛋白的不同，導(dǎo)致了完全不同的調(diào)控結(jié)果。

 

miRNA介導(dǎo)基因沉默機(jī)制.png

圖1  miRNA介導(dǎo)基因沉默機(jī)制


miRNA接到信使RNA降解.png

圖2  miRNA接到信使RNA降解

 

miRNA對(duì)靶基因的調(diào)控表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄后水平上，通過對(duì)靶基因mRNA的切割或?qū)ζ浞g抑制兩種機(jī)制來下調(diào)靶基因的表達(dá)。這兩種機(jī)制的選擇主要取決于它與靶基因mRNA序列互補(bǔ)的程度，如果miRNA與靶基因mRNA完全互補(bǔ)，miRNA將通過切割方式來調(diào)控靶基因；如果miRNA與靶基因mRNA不完全互補(bǔ)，miRNA將通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因；并且對(duì)靶基因翻譯的抑制可能需要多種miRNA分子的協(xié)同作用。在動(dòng)物體內(nèi)，大部分miRNA不能與靶基因的mRNA完全互補(bǔ)，故被認(rèn)為主要通過翻譯抑制的方式來調(diào)控靶基因。

在大多數(shù)情況下包括人類，大多數(shù)動(dòng)物復(fù)合物中的成熟miRNA與靶基因mRNA 3’端非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）不完全互補(bǔ)配對(duì)，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因的表達(dá)，抑制該基因的翻譯過程，從而抑制基因的表達(dá)。

miRNA 以4種不同的方式抑制蛋白質(zhì)表達(dá)：（1）與翻譯偶聯(lián)的蛋白質(zhì)降解；（2）翻譯延長(zhǎng)的抑制；（3）翻譯提前終止（核糖體脫落）；（4）翻譯起始的抑制。另外，盡管有不完全的mRNA-miRNA堿基配對(duì)，動(dòng)物miRNA能夠誘導(dǎo)mRNA靶基因大量降解。微RNA還可以在稱為mRNA 加工體或P體（不存在翻譯機(jī)制）的獨(dú)立細(xì)胞質(zhì)位點(diǎn)，通過螯合mRNA 使其沉默。miRNA 是否進(jìn)行mRNA降解主要取決于miRNA 結(jié)合位點(diǎn)和RNA 環(huán)境的特定性質(zhì)，最可能的決定因素是miRNA與特定標(biāo)靶結(jié)合蛋白的特殊相互作用。miRNA可以與Ago2結(jié)合，將與它們結(jié)合的靶基因 mRNA 轉(zhuǎn)移到并富集于細(xì)胞質(zhì)的某一部位，在那里mRNA被破壞，這個(gè)部位被稱為P小體，P體的其他組分，如GW182、CAF-CCR4-NOT脫腺苷酶復(fù)合物、脫帽酶DCP2、脫帽激活因子（如 DCP-1、EDC3、Ge-1）和RNA解旋酶RCK/p54 等都參與miRNA功能。

另一方面，當(dāng)miRNA與mRNA完全互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，則引起目的基因mRNA在互補(bǔ)區(qū)的特異性斷裂，從而導(dǎo)致基因沉默，這種miRNA對(duì)靶基因mRNA的切割對(duì)靶基因mRNA的切割是大多數(shù)植物、病毒和部分動(dòng)物的miRNA調(diào)控靶基因的主要方式。miRNA可以指導(dǎo)對(duì)靶基因mRNA的多次切割而本身保持完整，這種作用方式與siRNA類似，miRNA對(duì)基因的調(diào)控也是通過構(gòu)成RISC來進(jìn)行的，RISC是其調(diào)控的物質(zhì)基礎(chǔ)。RISC組成的核心成分是miRNA或siRNA以及各種蛋白，其中Ago蛋白是該復(fù)合體中的核心蛋白，具有非常重要的作用。


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