m icroRNAs轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳調(diào)控的研究進(jìn)展

王汝朋 楊水祥

北京世紀(jì)壇醫(yī)院心內(nèi)科，北京100038

m icroRNAs轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳調(diào)控的研究進(jìn)展

王汝朋 楊水祥

北京世紀(jì)壇醫(yī)院心內(nèi)科，北京100038

小分子RNA（microRNAs，miRNAs）是由17~25個核苷酸組成的非編碼RNA，參與調(diào)節(jié)多種生物功能，包括發(fā)育、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、信號傳導(dǎo)、凋亡、代謝和壽命等。但關(guān)于miRNA調(diào)控的相關(guān)分子機(jī)制很大程度上仍未知。新近研究表明，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)或表觀遺傳改變可能是m iRNA表達(dá)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制。本文綜述了miRNA轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控的最新進(jìn)展，對了解miRNA的調(diào)控具有重要意義。

microRNAs；轉(zhuǎn)錄；表觀遺傳；調(diào)控

小分子RNA（microRNAs，miRNAs）屬于非編碼RNA（NCR-NAS），由17~25個核苷酸（NT）組成。miRNA調(diào)節(jié)多種生物功能，包括發(fā)育、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、信號傳導(dǎo)、凋亡、代謝和壽命。目前，在人類已發(fā)現(xiàn)2024種成熟（1600種前體）miRNA[1]。據(jù)估計，約30%的人類基因受miRNA調(diào)節(jié)。然而，miRNA調(diào)控的相關(guān)分子機(jī)制在很大程度上仍未知。隨著對miRNA生物合成的進(jìn)一步了解，大量研究指出，轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)失敗是另一個重要原因。新的證據(jù)表明，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)或表觀遺傳改變是miRNA表達(dá)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制。本文將綜述miRNA轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控的研究進(jìn)展和未來挑戰(zhàn)。

1 人類m iRNA的轉(zhuǎn)錄機(jī)制

1.1 哪種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄m iRNA

在哺乳動物細(xì)胞中，有3個主要的RNA聚合酶負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄核基因組。PolⅠ（RNA聚合酶Ⅰ）轉(zhuǎn)錄核糖體大的RNA，PolⅡ（RNA聚合酶Ⅱ）轉(zhuǎn)錄mRNA編碼基因，和PolⅢ（RNA聚合酶Ⅲ）轉(zhuǎn)錄某些非編碼RNA的基因，如tRNA基因和U6 snRNA。miRNA屬于非編碼RNA基因，長的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（大于1 kb）通常由PolⅡ轉(zhuǎn)錄，但miR-30，miR-23a~27a~24-2和miR-21的早期研究提示PolⅡ可轉(zhuǎn)錄人類miRNA。Cai等[2]分析了9種人類miRNA，表明所有的Pri-miRNA均是5′帽和3′聚腺苷化，提示PRI-miRNA和mRNA結(jié)構(gòu)緊密。

然而，Borchert等發(fā)現(xiàn)位于人類第19號染色體（C19MC）最大的靈長類特異性miRNA簇散在于Alu重復(fù)序列中，由PolⅢ轉(zhuǎn)錄，已經(jīng)通過染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）和無細(xì)胞轉(zhuǎn)錄分析得到證實。通過分析miRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的保護(hù)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，145基因間miRNA的前500 bp的上游區(qū)域的保護(hù)模式，與富含蛋白編碼基因啟動子區(qū)域的cis-調(diào)節(jié)元件一致，這表明miRNA由PolⅡ轉(zhuǎn)錄。Bortolin-Cavaille等[3]論證C19MC由微處理器復(fù)合物（DGCR8-Drosha）從一個非編碼的PolⅡ轉(zhuǎn)錄而來，該復(fù)合物未經(jīng)確認(rèn)，主要在胎盤表達(dá)?，F(xiàn)在越來越多的證據(jù)清楚地表明，是PolⅡ轉(zhuǎn)錄大部分m iRNA，而不是PolⅢ[4]。人類miRNA轉(zhuǎn)錄的基因組研究也支持這一假說，聚合酶Ⅱ驅(qū)動miRNA的轉(zhuǎn)錄[5]。

因此，C19MC僅僅是一個例外，因為其有Alu重復(fù)序列。另一個例外是的miR-128-2，在急性淋巴細(xì)胞白血?。ˋLL）中通常過表達(dá)。Monteys等[6]的結(jié)果提示，miR-128-2是由宿主基因啟動子（PolⅡ）和內(nèi)含子（PolⅢ）共同轉(zhuǎn)錄。通過基因組分析，Monteys等預(yù)測，5%的內(nèi)含子miRNA包含含RNA PolⅢ調(diào)控元件（A/B盒序列）。

在生物學(xué)意義方面，PolⅢ在真核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄可能受限于非編碼RNA基因，它的表達(dá)是所有細(xì)胞種類和大多數(shù)環(huán)境條件所必須的，而依賴PolⅡ的轉(zhuǎn)錄嚴(yán)格控制著各種生物合成的調(diào)節(jié)過程，包括轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平。多數(shù)miRNAs的表達(dá)受時間上和空間上的調(diào)節(jié)，在多數(shù)PolⅡ依賴的基因中也是如此[7]。因此，似乎負(fù)責(zé)miRNA轉(zhuǎn)錄的主要聚合酶是PolⅡ。

PolⅡ轉(zhuǎn)錄miRNA啟動子與Ⅱ級啟動子類似。將miRNA的啟動子插入螢火蟲熒光素報告基因可以很容易驅(qū)動螢火蟲熒光素酶的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)了類似的保護(hù)模式穿過miRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的上游區(qū)域。Fujita等[8]確定了一個保守區(qū)域，其包括一個經(jīng)典的TATA盒，位于PRI -miR-21的上游，含帽結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸。miRNA的啟動子相比于人類蛋白質(zhì)編碼基因，分別為64%和56%有CpG島，19%和22%含有TATA盒，21%和26%有TFIIB識別元件（BRE），47%和48%有引發(fā)子（INR），87%與24%的下游啟動子元件（DPE）。然而，一些miRNA的啟動子與我們當(dāng)前認(rèn)識到的PolⅡ啟動子不匹配。例如，miR-23a～27a～24-2的啟動子似乎缺乏共同發(fā)起轉(zhuǎn)錄元件，包括TATA盒，BRE，INR，和DPE元素以外的GC盒，即使它由PolⅡ轉(zhuǎn)錄。

1.2miRNA是否為獨立的轉(zhuǎn)錄單位

miRNA可以位于非編碼區(qū)域，也可以位于蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子或外顯子區(qū)域。因此提出了另一個重要的問題：miRNA是否為獨立的轉(zhuǎn)錄單位？根據(jù)全基因組分析，約50%miRNA源自非蛋白編碼轉(zhuǎn)錄。這些miRNAs可能為獨立的轉(zhuǎn)錄單位。然而，基因內(nèi)miRNA的轉(zhuǎn)錄單位仍未明確?；騼?nèi)miRNAs最初被認(rèn)為是與宿主基因同時轉(zhuǎn)錄，因為它們的功能和表達(dá)模式類似。如miR-33和SREBP；m iR-342和EVL，以及其他基因內(nèi)miRNA，如m iR-100、let-7a-2、miR-125B-1和miR-22中[9]。

但越來越多的證據(jù)也指出miRNA和它們的宿主基因獨立調(diào)節(jié)。已有研究指出miR-21和其重疊蛋白編碼基因TMEM49由佛波酯（PMA）獨立調(diào)節(jié)，表明miR-21可能有獨立啟動子。事實上，一些miR-21的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物已經(jīng)確定，包括293T細(xì)胞中有帽結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸未拼接的3.5 kb PRI-miR-21，以及PMA誘導(dǎo)HL-60細(xì)胞中一個4.3 kb的PRI-MIR-21，有不同的啟動子。另一個例子是原癌基因miR-17～92簇，一種內(nèi)含子的miRNA集群。兩項研究已經(jīng)表明，這個集群受原癌基因c-Myc調(diào)節(jié)，后者結(jié)合于宿主基因的第一內(nèi)含子，提示有一個獨立的啟動子位于在第一內(nèi)含子中。Ozsolak等結(jié)果表明miR-17～92簇有一個與宿主基因不同的轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS），位于下游的2 kb處，并受該內(nèi)含子調(diào)節(jié)。

通過使用PolⅡ染色質(zhì)免疫沉淀檢測和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，Ozsolak等和Corcoran等分別提出超過30%或26%的內(nèi)含子miRNA有自己的啟動子，定位與TSS的宿主基因較遠(yuǎn)（中位數(shù)為57 kb），miRNA-TSS與miRNA的編碼區(qū)的平均距離為（4.2±3.5）kb。與此相反，宿主基因中內(nèi)含子TSS與miRNA的距離為（7.9±6.2）kb，表明附近新的TSSs是用來特定內(nèi)含子miRNA有效轉(zhuǎn)錄的，這些miRNA與他們的宿主TSSs相距較遠(yuǎn)。Monteys等[6]通過基因組分析提出35%目前已知的基因內(nèi)miRNA有上游類啟動子調(diào)控元件，30%miRNAs有PolⅡ調(diào)控元件，包括CpG島，轉(zhuǎn)錄起始位點，表達(dá)序列標(biāo)簽和保守轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，以及5%含有RNAPol III的調(diào)控元件。

1.3 鄰近的m iRNA是否可以作為一個集群共同轉(zhuǎn)錄

不同或相關(guān)的miRNA往往被組織成集群。根據(jù)miRbase（19版）記載人類有135個miRNA基因簇，包含422個m iRNA（miRNA間的距離＜10 kb）。這就提出了另一個有趣的問題：這些類多順反子鄰近的miRNA是否共轉(zhuǎn)錄？事實上，一些研究表明，一個單一的類多順反子初級miRNA即可編碼一個集群miRNA。miR-27a～23a-24-2集群是人類第1個實驗特征性多順反子轉(zhuǎn)錄。miR-200b～200a-429和miR-200c-141集群也被證明由常見的初級轉(zhuǎn)錄編碼。miR-221和-222轉(zhuǎn)錄成一個單一的初級miRNA。最近也證實let-7a-1，let-7f-1和let-7d，三者聚集9號染色體上一個3 kb區(qū)域內(nèi)，由單個多順反子轉(zhuǎn)錄編碼[10]。

miRNA簇成員之間的距離范圍大小從幾個堿基對到一千堿基對不等，因此很難預(yù)測這些成員是否共轉(zhuǎn)錄。由miRNA微陣列分析，有學(xué)者指出，間距＜50 kb miRNA通常來自從一個共同的轉(zhuǎn)錄。然而，Song等[11]發(fā)現(xiàn)，小鼠的miR-127和miR-433分別來自兩個區(qū)域，但重疊的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由獨立的啟動子控制，雖然它們之間的距離僅約1 kb。

以下幾點可能有助于推斷是否相鄰的miRNA轉(zhuǎn)錄為一個集群：①有同一個集群的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在；②miRNA的成員之間缺少啟動子或聚A信號序列；③在進(jìn)化早期階段作為一個集群的成員出現(xiàn)，且從沒有分離過；④成員具有相似的功能和表達(dá)模式。

1.4 5'非編碼區(qū)域（5'UCR）在pri-m iRNA是否可有可無

幾乎所有已證實的miRNA的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄起始站點和編碼區(qū)（50'UCR）之間都包含大而無功能的區(qū)域。通過對miRNA啟動子的全基因組分析，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，與大多數(shù)人類蛋白編碼基因只有約300 bp比較，70%以上的miRNA 5'UCR長度超過2 kb。例如，MC-let-7a-1-let-7d集群、miR-200b～200a-429集群，miR-34a集群，miR-21集群，以及miR-194-2集群的5'UCR，分別超過10、30、2、2 kb[12]。

若只考慮轉(zhuǎn)錄后生物合成過程，已證實上在成熟miRNA莖環(huán)結(jié)構(gòu)的兩邊只有不到100個核苷酸是primiRNA處理所必需的。問題是pri-miRNA中的長側(cè)支序列的作用和產(chǎn)物的去向是什么。這些側(cè)支序列真的是可有可無的嗎？如果不是，5'UCR的作用是什么？

Mahony等[13]闡明在哺乳動物中，145基因間miRNA的5'UCR的保守程度是蛋白編碼基因5'UCR的兩倍，除首個500 bp的編碼基因與其保守程度類似。這些結(jié)果表明，一些順式調(diào)控元件，如增強(qiáng)子或沉默子，可能嵌入在5'UCR區(qū)域中。

不能排除這種可能性，m iRNA可能嵌入在尚未被識別或已經(jīng)失去了它的蛋白質(zhì)的功能，但保留了一些片段的蛋白質(zhì)編碼區(qū)。筆者查到了在MC-let-7a-1-let-7d集群、miR-200b~200a-429集群，miR-200c-141集群，以及miR-194-2-192中被5'UCR保守區(qū)域轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)的開放閱讀框架或肽。然而，在這些區(qū)域卻沒有找到任何與這些蛋白同源的蛋白或肽。進(jìn)一步利用UCSCGenome Browser分析5'UCRs的表觀遺傳特征，在不同的細(xì)胞系中，這些區(qū)域的轉(zhuǎn)錄染色和壓制染色的組蛋白修飾不同。這表明在不同組織或發(fā)育階段，這些miRNAs的5'UCR區(qū)域通過精密表達(dá)彼此相關(guān)。進(jìn)一步完善分析以明確5'UCR的功能非常有必要。

1.5 為什么pri-m irna有5'帽和3'聚腺苷酸化

從酵母到人類，5'帽結(jié)構(gòu)（m7GpppN，M7G是指7-甲基鳥苷，N是的mRNA的第1個核苷酸）和3'多聚腺苷酸均是mRNA轉(zhuǎn)錄高效表達(dá)必不可少的。此外，為了保護(hù)mRNA不被核酸外切酶分解及促進(jìn)轉(zhuǎn)錄和剪接，5'帽結(jié)構(gòu)也可促進(jìn)核酸外轉(zhuǎn)和最佳轉(zhuǎn)錄[14]。以前的研究已經(jīng)證實，pri-miRNA也有5'帽和3'聚腺苷酸化。PRI-MIRNAS的莖環(huán)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞核內(nèi)是就已被剪切，但為何還有5'帽和3'聚腺苷酸化。至今還尚不清楚是否這些miRNA的5'帽，帽過程，帽結(jié)合復(fù)合物（CBC）和去帽酶是相同的。

一個可能的解釋是，pri-miRNA剪切成pre-m iRNA的機(jī)制可能比目前所了解到的要更復(fù)雜。Gruber等發(fā)現(xiàn)arsenic resistance protein 2（ARS2）和細(xì)胞核CBC的相互作用，以及細(xì)胞核pri-miRNA轉(zhuǎn)錄過程復(fù)合物的成分，對miRNA生物合成和細(xì)胞增殖非常關(guān)鍵[15]。進(jìn)一研究步表明，ARS2的表達(dá)可促進(jìn)pri-miRNA轉(zhuǎn)錄成pre-miRNA（含有Drosha和DGCR8）的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)接。敲除ARS2可減少pri-miRNA過程和miRNA的數(shù)量，如mir-21、let-7和mir-155。這些結(jié)果表明5'帽狀結(jié)構(gòu)可能是miRNA的一個重要的調(diào)節(jié)元件，初級miRNA的剪接可能存在新機(jī)制。pri-miRNA的修飾機(jī)制和功能無疑將是未來一個重要研究領(lǐng)域。

2 識別m iRNA的啟動子和調(diào)節(jié)元件的方法

2.1miRNA啟動子區(qū)域的預(yù)測

大多數(shù)PolⅡ啟動子的算法是建立在DNA序列等物理成分的基礎(chǔ)上，如TATA盒。然而，在硅片識別啟動子區(qū)域和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點序列的特征仍然處于起步階段。最近的研究表明，沿DNA和組蛋白標(biāo)記物的翻譯位點與基因的轉(zhuǎn)錄起始和伸長率密切相關(guān)，而且在激活和沉默啟動子的分析信號有很大的不同。因此，表觀遺傳特征較DNA序列特征可提供更多的基因啟動子預(yù)測信息。例如，啟動子區(qū)域發(fā)生H3K4me3和H3K36me3，往往掩蓋了活性表達(dá)基因的初級轉(zhuǎn)錄。一些有力的實驗已被廣泛用于揭示哺乳動物細(xì)胞組蛋白修飾的基因?qū)挾刃盘?，如在體的全基因組ChIP-seq。ChIP-seq可提供蛋白質(zhì)-DNA結(jié)合事件發(fā)生的空間和時間分辨率，提高啟動子預(yù)測的準(zhǔn)確率[16]。大部分完整的全基因組Ch IP-seq數(shù)據(jù)，包括組蛋白修飾，PolⅡ和PolⅢ，轉(zhuǎn)錄因子（ENCODE軟件提供），可以從該網(wǎng)站獲?。╤ttp：//www.genome.ucsc.edu/）。

基于上述啟動子預(yù)測方法，幾項研究已經(jīng)將特定基因范圍的組蛋白修飾和DNA序列特征聯(lián)合起來用于miRNA的啟動子預(yù)測。此外，F(xiàn)ANTOM數(shù)據(jù)庫，通過深度測序CAGE5′端標(biāo)簽給出TSS的子集來分析TSS。并且更新了ALL細(xì)胞系THP-1的單核細(xì)胞分化過程中全基因組TSS的動態(tài)變化[17]。這使我們能夠識別激活啟動子，監(jiān)控它們的相對表達(dá)和進(jìn)行轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點相關(guān)區(qū)域的預(yù)測。如一個人可以利用FANTOM網(wǎng)絡(luò)資源來分析人THP-1單核母細(xì)胞性白血病細(xì)胞受到PMA刺激后的分化過程中，從miRNA的表達(dá)推斷5′端短標(biāo)簽和編碼區(qū)。這些可以使得我們研究推測啟動子和miRNA編碼區(qū)域之間的相關(guān)性。

2.2 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點預(yù)測

同樣，基于DNA序列特征來預(yù)測轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點具有很大的不確定性，因為假陽性和假陰性率較高。幸運的是，許多全基因組ChIP-seq的數(shù)據(jù)，如c-Myc、Max、c-Fos、c-Jun、E2F1、STAT1、NF-κB，以及在27個細(xì)胞系近60個轉(zhuǎn)錄因子，可以從UCSC基因組瀏覽器得到。研究人員可以通過此瀏覽器觀察對于一個給定的轉(zhuǎn)錄因子沿TAIN富集的曲線圖，以及基因組位點與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的最大證據(jù)。此外，F(xiàn)ANTOM數(shù)據(jù)庫還引進(jìn)了CAGE技術(shù)來分析利用miRNA的5′端短標(biāo)簽的轉(zhuǎn)錄啟動[18]。使用FANTOM的網(wǎng)絡(luò)資源，能夠分析miRNA表達(dá)譜5′端短標(biāo)簽，編碼區(qū)域，假定調(diào)節(jié)子，并以此來推斷轉(zhuǎn)錄因子是否調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)。

2.3 確定m iRNA的啟動子

為了確定預(yù)測的結(jié)果，5′RACE或引物延伸檢測是常用的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄起始位點和啟動子的方法。有一些成功的例子，如MC-let-7a-1-let-7d，miR-21和miR-194-2-192和miR-222-221，miR-223，miR-23A-27A-24-2和let-7i[19]。然而，這些方法對于5′UCRs超過10萬bp的miRNA均無效，以及pri-miRNA要么非常不穩(wěn)定，要么在5′端GC含量異常，表達(dá)水平較低。因此，非常需要其他間接方法。結(jié)合RNAi靶點Drosha，引物延伸和5′-RACE分析等方法已經(jīng)成功地確定了miR-23a~27a-24-2和miR-222-22轉(zhuǎn)錄起始位點。通過使用其他方法，克隆miR-21預(yù)測轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域到熒光酶受體質(zhì)粒，并設(shè)計螢火蟲熒光酶特異性的反轉(zhuǎn)錄引物，利用引物延伸分析可以準(zhǔn)確的確定TSS。此外，對于具有非常大的5′側(cè)翼區(qū)的miRNA，Bracken等[20]通過比較預(yù)測轉(zhuǎn)錄的表達(dá)或激活模式面段以及預(yù)測引物的活性來識別miR-200b~200a-429的轉(zhuǎn)錄起始位點和引物。

miRNA啟動子的子集、調(diào)節(jié)子以及一些重要的目標(biāo)已經(jīng)確定。miRNA和轉(zhuǎn)錄因子之間往往建立反饋回路，如let-7和c-Myc，Mir-34和p53，miR-200和ZEB1 SIP1中，miR-223和E2F1。這些協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄和miRNA-介導(dǎo)的調(diào)節(jié)包含了最新的主旨，即以提高人類基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展。

3 m iRNA表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控

表觀遺傳修飾可以分為兩種類型：DNA甲基化和組蛋白修飾。DNA甲基化主要發(fā)生在CpG二核苷酸并且在大多數(shù)情況下為轉(zhuǎn)錄抑制。組蛋白修飾的核心主要包括甲基化和乙酰化。雖然H3K9、H3K27、H4K20的甲基化往往與基因抑制相關(guān)，然而，H3K4和H3K36的三甲基化與染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄相關(guān)，乙?；嚢彼嵬ǔＥc染色質(zhì)易獲性和轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)。通過控制染色質(zhì)狀態(tài)和DNA易獲性，表觀遺傳修飾在控制基因的不同發(fā)育階段，組織類型和疾病狀態(tài)中的表達(dá)起著關(guān)鍵作用。

3.1 DNA甲基化

約50%的miRNA基因與CpG島相關(guān)。已經(jīng)知道一些miRNA甲基化是某種癌癥的特異性。在大腸癌HCT-116細(xì)胞系，與野生型細(xì)胞相比，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1和DNMT3b雙敲除（DKO）細(xì)胞中的320個分析的miRNA中約6%上調(diào)。使用DNA去甲基化試劑5-aza-2′deoxycytidine（5AzaC）治療ALL細(xì)胞系，引起的13個CpG島嵌入的miRNA上調(diào)。Agirre等[21]發(fā)現(xiàn)353例ALL患者中有59%存在CpG島嵌入的miR-124A發(fā)生甲基化。過度甲基化與高復(fù)發(fā)率/死亡率相關(guān)，可作為預(yù)后標(biāo)志物。miR-124A的啟動子甲基化被發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌細(xì)胞株但不是在正常組織中，并促進(jìn)幽門螺桿菌感染誘發(fā)胃癌的發(fā)生。Augoff等[22]證明m iR-31啟動子甲基化和其宿主基因lncRNALOC554202是乳腺癌主要發(fā)病機(jī)制。DNA甲基-CpG-結(jié)合蛋白MeCP2介導(dǎo)的miR-137表達(dá)對成年神經(jīng)發(fā)生或干細(xì)胞性能維持方面起著至關(guān)重要的作用。CRC中相鄰CpG島的過度甲基化可以使miR-34b和miR-34c的表觀遺傳沉默，而且5′AzaC治療可以迅速恢復(fù)其表達(dá)水平。

3.2 組蛋白修飾

組蛋白去乙?；福℉DAC）和多梳組（PCG）的組蛋白修飾調(diào)節(jié)得到很好的研究。通過HDAC抑制劑LAQ824處理乳腺癌細(xì)胞，其中27個miRNA表達(dá)水平改變。Juan等[23]發(fā)現(xiàn)在未分化的骨骼肌細(xì)胞中miR-214的基因組區(qū)域被PcG蛋白占領(lǐng)和抑制。一旦miR-214在骨骼肌細(xì)胞分化過程中被激活，針對PCG蛋白EZH2可以防止PCG復(fù)合物受抑制。

3.3 DNA甲基化和組蛋白修飾結(jié)合

DNA甲基化和組蛋白修飾通常共同調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)。利用5-AzaC的和HDAC抑制劑4-苯基丁酸來處理膀胱癌細(xì)胞，可增加5%的人miRNA的表達(dá)。CpG島-嵌入式的miR-127能通過啟動子反甲基化和蛋白去乙?；敢种聘咝дT導(dǎo)。Grady等[24]發(fā)現(xiàn)聯(lián)合5′-AzaC和TSA能通過上游CpG島去甲基化而恢復(fù)miR-342和EVL的表達(dá)水平。單獨應(yīng)用5-AzaC或聯(lián)合應(yīng)用TSA，肝細(xì)胞癌（HCC）細(xì)胞系的miR-1-1顯著上調(diào)。

3.4miRNA反向調(diào)節(jié)的表觀遺傳機(jī)制

有趣的是，一個反饋調(diào)節(jié)可能存在，如miRNA的一個子集，可以反過來調(diào)節(jié)表觀遺傳物的表達(dá)。例如，miR-449A可直接下調(diào)HDAC-1。miR-101和miR-137，也可直接下調(diào)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2。MIR-29家族ILY（A/B/C）的成員可直接下調(diào)DNMT3A和3b。miR-148通過DNMT3B目標(biāo)編碼序列抑制其表達(dá)[25]。這些反饋調(diào)節(jié)表明miRNAs與表觀遺傳物之間關(guān)系復(fù)雜。

4 小結(jié)

揭示miRNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控對于理解細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路非常重要。本文總結(jié)了當(dāng)前有關(guān)人miRNA轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控的相關(guān)熱點，未來從整個基因組ChIP-seq中獲得轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳因素的信息，將有助于提供總的miRNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的新視角。

[1]Bartel DP.MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism ，and function[J].Cell，2004，116（2）：281-297.

[2]Cai X，Hagedorn CH，Cullen BR.Human microRNAs are processed from capped，polyadenylated transcripts that can also function as mRNAs[J].RNA，2004，10（12）：1957-1966.

[3]Bortolin-Cavaille ML，Dance M，Weber M，et al.C19MC microRNAs are processed fromintrons of large Pol-Ⅱ，non-protein-coding transcripts[J].Nucleic Acids Res，2009，37（10）：3464-3473.

[4]Di Leva G，Gasparini P，Piovan C，et al.MicroRNA cluster 221-222 and estrogen receptor alpha interactions in breast cancer[J].J Natl Cancer Inst，2010，102（10）：706-721.

[5]Piva R，Spandidos DA，Gambari R.From microRNA functions tomicroRNA therapeutics：novel targets and novel drugs in breast cancer research and treatment（Review）[J].Int JOncol，2013，43（4）：985-994.

[6]Monteys AM，Spengler RM，Wan J，et al.Structure and activity of putative intronic miRNA promoters[J].Rna-a Publication of the Rna Society，2010，16（3）：495-505.

[7]Graves P，Zeng Y.Biogenesis ofmammalianmicroRNAs（2）：a global view[J].Genomics Proteomics Bioinformatics，2012，10（5）：239-245.

[8]Fujita S，Ito T，Mizutani T，etal.MiR-21 Gene expression triggered byAP-1 issustained through adouble-negative feedbackmechanism[J]. JMol Biol，2008，378（3）：492-504.

[9]Naja-Shoushtari SH，Kristo K，Li Y，et al.MicroRNA-33 and the SREBP host genes cooperate to control cholesterol homeostasis[J]. Science，2010，328（5985）：1566-1569.

[10]Wang Z，Lin S，Li JJ，et al.MYC protein inhibits transcription of themicroRNA clusterMC-let-7a-1-let-7d vianoncanonical E-box[J]. JBiol Chem，2011，286（46）：39703-39714.

[11]Song G，Wang L.Transcriptionalmechanism for the paired miR-433 andmiR-127 genesbynuclear receptors SHPand ERRgamma[J]. Nucleic Acids Res，2008，36（18）：5727-5735.

[12]Talotta F，Cimmino A，Matarazzo MR，et al.An autoregulatory loop mediated bymiR-21 and PDCD4 controls the AP-1 activity in RAS transformation[J].Oncogene，2009，28（1）：73-84.

[13]Mahony S，Corcoran DL，F(xiàn)eingold E，et al.Regulatory conservation of protein coding and microRNA genes in vertebrates：lessons from the opossum genome[J].Genome Biol，2007，8（5）：R84.

[14]Topisirovic E，Svitkin YV，Sonenberg N，et al.Cap and cap-bind-ing proteins in the control of gene expression[J].W iley Interdiscip l Rev RNA，2011，2（2）：277-298.

[15]Gruber JJ，Zatechka DS，Sabin LR，et al.Thompson，Ars2 links the nuclear cap-binding complex to RNA interference and cell proliferation[J].Cell，2009，138（2）：328-339.

[16]Gilchrist DA，F(xiàn)argo DC，Adelman K.Using ChIP-chip and Ch IP-seq to study the regulation of gene expression（2）：genome-wide localization studies reveal widespread regulation of transcription elongation[J].Methods，2009，48（4）：398-408.

[17]Kawaji H，Severin J，Lizio M，et al.The FANTOM web resource frommammalian transcriptional landscape to itsdynamic regulation[J]. Genome Biol，2009，10（4）：R40.

[18]Shiraki T，Kondo S，Katayama S，et al.Cap analysis gene expression for high-throughput analysis of transcriptional starting point and identi?cation of promoter usage[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（26）：15776-15781.

[19]O′Hara SP，Splinter PL，Gajdos GB，et al.NF kappa B p50-CCAAT/Enhancer-binding Protein beta（C/EBP beta）-mediated Transcriptional Repression of MicroRNA let-7ifollowing Microbial Infection[J].JBiol Chem，2010，285（1）：216-225.

[20]Bracken CP，Gregory PA，Kolesnikoff N，et al.A double-negative feedback loop between ZEB1-SIP1 and the microRNA-200 family regulates epithelial-mesenchymal transition[J].CancerRes，2008，68（19）：7846-7854.

[21]Agirre X，Vilas-Zornoza A，Jimenez-Velasco A，et al.Epigenetic silencing of the tumor suppressormicroRNA Hsa-miR-124a regulates CDK6 expression and confers a poorprognosis in acute lymphoblastic leukemia[J].Cancer Res，2009，69（10）：4443-4453.

[22]Augoff K，McCue B，Plow EF，et al.miR-31 and its host gene lncRNA LOC554202 are regulated by promoter hypermethylation in triple-negative breast cancer[J].Mol Cancer，2012，11：5.

[23]Juan AH，Kumar RM，Marx JG，et al.Mir-214-dependent regulation of the polycomb protein Ezh2 in skeletalmuscle and embryonic stem cells[J].Mol Cell，2009，36（1）：61-74.

[24]GradyWM，Parkin RK，Mitchell PS，et al.Epigenetic silencing of the intronicmicroRNA hsa-miR-342 and its hostgene EVL in colorectal cancer[J].Oncogene，2008，27（27）：3880-3888.

[25]Duursma AM，Kedde M，Schrier M，et al.MiR-148 targets human DNMT3b protein coding region[J].RNA，2008，14（5）：872-877.

Transcriptional and epigenetic regulation of hum an m icroRNAs

WANG Rupeng YANG Shuixiang
Department of Cardiology,Beijing Shijitan Hospital,Beijing 100038,China

MicroRNAs(miRNAs)aremembers of non-coding RNAs ranging in size from 17 to 25 nucleotides.MiRNAs regulate a variety of biological functions,including development,cell proliferation,cell differentiation,signal transduction,apoptosis,metabolism and life span.However it is still unknown in themoleculormechanism about regulation ofmiRNA.Emerging evidence indicates that transcriptional and epigenetic regulationsmay play major roles in miRNA expression.This review summarizes the current knowledge and discusses the future challenges,which is important in understanding the regulation ofmiRNAs.

microRNAs;Transcripiton;Epigenetic;Regulation

R73

A

1673-7210（2014）08（a）-0160-05

2014-01-27本文編輯：衛(wèi)軻）

楊水祥（1957-），男，博士，主任醫(yī)師，教授；研究方向：冠心病、心律失常的臨床及介入治療，miRNA及表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的研究。