miRNA- 205調(diào)控靶基因的研究進(jìn)展與趨勢(shì)

王蒙蒙，劉卓琦，王 晟，范瑞琦，楊曉紅，羅達(dá)亞*

(1.南昌大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室， 江西 南昌 330006；2.杭州電子科技大學(xué) 研究生院 學(xué)位辦公室， 浙江 杭州 310018)

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短篇綜述

miRNA- 205調(diào)控靶基因的研究進(jìn)展與趨勢(shì)

王蒙蒙1，劉卓琦1，王 晟2，范瑞琦1，楊曉紅1，羅達(dá)亞1*

(1.南昌大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室， 江西 南昌 330006；2.杭州電子科技大學(xué) 研究生院 學(xué)位辦公室， 浙江 杭州 310018)

傳統(tǒng)的miRNA- 靶基因- 生物學(xué)功能研究思路忽略了靶基因之間、靶基因所在信號(hào)通路之間的聯(lián)系，使得miRNA調(diào)控作用的整體性與關(guān)聯(lián)性無法得到全面的闡釋。運(yùn)用整體、系統(tǒng)且聯(lián)系的思維方式，通過對(duì)熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的miR- 205靶基因及其信號(hào)通路的整理和分析，將明確miR- 205的研究方向，并為突破現(xiàn)有miRNA研究的整體格局，探索新穎的miRNA調(diào)控機(jī)制提供幫助。

miR- 205；靶基因；研究進(jìn)展與趨勢(shì)

microRNA(miRNA，miR)是一類長(zhǎng)度約22 nt的非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)。miRNA的發(fā)現(xiàn)，為探索生理、病理過程中人類基因的表達(dá)調(diào)控提供了新型的研究方向[1]。

1 非編碼小分子miR- 205的研究現(xiàn)狀

miR- 205是廣泛分布于高等生物鱗狀上皮組織的保守RNA分子，由于其調(diào)控諸多與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的靶基因，現(xiàn)階段miR- 205的研究主要集中在腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域：miR- 205既可能以癌基因作用的方式在食管癌、卵巢癌、肺癌、子宮內(nèi)膜癌中發(fā)揮作用，也可能以抑癌基因的作用方式在乳腺癌、前列腺癌、黑色素瘤和浸潤(rùn)性膀胱癌中發(fā)揮作用[2- 4]。 然而，縱觀miR- 205與其他miRNA的研究

現(xiàn)狀，大多數(shù)研究仍然局限于從單一的靶基因入手去闡明miRNA與生物學(xué)行為之間的關(guān)系，這種零散、單一的miRNA-靶基因-生物學(xué)功能研究思路忽略了靶基因所在信號(hào)通路及其之間的聯(lián)系，使得miRNA調(diào)控作用的整體性與關(guān)聯(lián)性無法得到全面的闡釋。miRNA- 205研究的局限性，一方面造成miR- 205研究中90%以上的文獻(xiàn)資料集中于腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域研究甚少；另一方面，由于缺乏對(duì)miR- 205調(diào)控整體性的認(rèn)知，miR- 205在腫瘤領(lǐng)域中的研究方向集中在細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化、凋亡、血管生成、遷移和轉(zhuǎn)移等傳統(tǒng)領(lǐng)域，而與腫瘤生物學(xué)行為密切聯(lián)系的生化代謝、免疫和炎性反應(yīng)等其他領(lǐng)域的研究進(jìn)展較為緩慢。為此，本綜述通過對(duì)miR- 205調(diào)控靶點(diǎn)及其所在信號(hào)通路的整理，探索開辟miR- 205調(diào)控研究的新領(lǐng)域。

2 miR- 205調(diào)控靶基因的篩選及其KEGG信號(hào)通路歸類

熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)是目前公認(rèn)的miRNA調(diào)控直接靶點(diǎn)的驗(yàn)證方法。為獲得miR- 205調(diào)控的直接靶基因，通過對(duì)PUBMED收錄的287篇miR- 205相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀和整理，搜索并整理經(jīng)熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的miR- 205直接調(diào)控靶基因27個(gè)。為確認(rèn)27個(gè)靶基因的信號(hào)通路定位，進(jìn)一步選擇GeneCoDis3分析系統(tǒng)對(duì)27個(gè)靶基因進(jìn)行了KEGG信號(hào)通路(KEGG Pathway)歸類分析。分析結(jié)果顯示，除9個(gè)靶基因未分類外，其余18個(gè)miR- 205靶基因分布于5類KEGG Pathway(表1)。

3 miR- 205調(diào)控KEGG信號(hào)通路特異基因

miR- 205調(diào)控9個(gè)KEGG信號(hào)通路特異靶基因的8篇文獻(xiàn)，7篇來源于腫瘤生物學(xué)的研究。E2F轉(zhuǎn)錄因子家族蛋白通過介導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白以及抑癌蛋白活性調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖及凋亡，在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要的作用[5]。miR- 205能抑制惡性黑色素瘤細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及克隆形成，在多種黑色素瘤細(xì)胞中，miR- 205的表達(dá)與E2F5的表達(dá)呈現(xiàn)反變關(guān)系，其抑制細(xì)胞增殖的機(jī)制與其降低E2F5的表達(dá)和抑制AKT的磷酸化有密切關(guān)系。此外，在C8161.9黑色素瘤細(xì)胞中，將包含miR- 205種子序列互補(bǔ)的E2F5 3′-UTR克隆到質(zhì)粒載體行熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了E2F5是miR- 205的功能靶點(diǎn)[6]。YES1基因?yàn)榉鞘荏w酪氨酸蛋白激酶Src家族成員，作為重要的細(xì)胞信號(hào)聯(lián)絡(luò)分子，在細(xì)胞生長(zhǎng)和分化、生存和凋亡以及細(xì)胞骨架重塑等過程中發(fā)揮重要的作用[7]。YES1的多效功能使其成為潛在的分子干預(yù)靶標(biāo)。miR- 205在腎癌細(xì)胞系及腎癌組織中的表達(dá)明顯低于非腎癌細(xì)胞系和正常腎臟組織，且與YES1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。將miR- 205瞬時(shí)和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染腎癌細(xì)胞系A(chǔ)498后，miR- 205的表達(dá)升高，YES1的mRNA 水平及蛋白表達(dá)均明顯下調(diào)[8]。

表1 GeneDis3系統(tǒng)分析熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的miRNA- 205靶基因的KEGG信號(hào)通路歸類

*represents the genes only classified into a specific KEGG pathway.

4 miR- 205調(diào)控KEGG信號(hào)通路支點(diǎn)基因

GeneCoDis3分析顯示，miR- 205直接調(diào)控的9個(gè)靶基因歸屬于2～4個(gè)KEGG 通路，作為支點(diǎn)基因聯(lián)絡(luò)不同的生物學(xué)過程。ERBB3屬于受體酪氨酸蛋白激酶表皮生長(zhǎng)因子受體家族的成員，通過與該家族的其他成員形成異源二聚體而活化，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化并抑制凋亡。在乳腺癌標(biāo)本中，miR- 205和ERBB3的表達(dá)具有負(fù)相關(guān)性。細(xì)胞水平實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)miR- 205，不僅可以通過下調(diào)ERBB3的表達(dá)以及抑制下游PI3K/AKT信號(hào)通路的活化，減慢細(xì)胞增殖速度；而且，miR- 205可以通過誘導(dǎo)MCF7細(xì)胞對(duì)酪氨酸蛋白激酶特異性抑制劑——吉非替尼和拉帕替尼的敏感性而殺傷腫瘤細(xì)胞[9]。LAMC1承擔(dān)聯(lián)絡(luò)細(xì)胞間通訊的作用，與腫瘤、感染性和神經(jīng)退化性疾病的發(fā)生、發(fā)展均密切相關(guān)。miR- 205前體轉(zhuǎn)染的MDA-MB- 231和BT- 549乳腺癌細(xì)胞系中LAMC1蛋白水平下調(diào)；相反，在SUM- 149 乳腺癌細(xì)胞系中轉(zhuǎn)染anti-miR- 205后LAMC1蛋白表達(dá)增加。在乳腺癌組織樣本中進(jìn)行免疫組化和原位雜交檢測(cè)，觀察到miR- 205和LAMC1蛋白表達(dá)之間存在顯著負(fù)相關(guān)。熒光素酶報(bào)告分析證實(shí)miR- 205可以直接作用于LAMC1[10]。

5 miR- 205調(diào)控KEGG信號(hào)通路未分類基因

KEGG信號(hào)通路未分類基因編碼的蛋白，大部分通過單獨(dú)或形成蛋白復(fù)合體與特異核酸序列結(jié)合而發(fā)揮調(diào)控基因表達(dá)的作用。作為轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物的組成部分，共激活蛋白MED1通過與多種轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合物協(xié)助RNA聚合酶對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄[11]。將miR- 205雙鏈寡核苷酸模擬物或抑制劑轉(zhuǎn)染人絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞系HTR- 8/SVneo后，內(nèi)源性MED1蛋白表達(dá)量發(fā)生反向變化[12]。前列腺癌的相關(guān)研究中同樣發(fā)現(xiàn)，miR- 205能下調(diào)正常前列腺細(xì)胞中MED1的mRNA與蛋白表達(dá)；與癌旁正常組織相比，原發(fā)前列腺癌中miR- 205的甲基化誘導(dǎo)其表達(dá)下調(diào)，并與MED1的表達(dá)呈現(xiàn)反變關(guān)系[13]。E-黏連蛋白是負(fù)責(zé)細(xì)胞黏著和維持細(xì)胞骨架的黏合連接復(fù)合體的重要組成部分。E-黏連蛋白的下調(diào)表達(dá)可以導(dǎo)致多種腫瘤的早期轉(zhuǎn)移。ZEB1和ZEB2是抑制E-黏連蛋白轉(zhuǎn)錄相關(guān)的同源結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子，在多個(gè)研究報(bào)道中被確認(rèn)為miR- 205的調(diào)控靶點(diǎn)[14- 15]。在食管鱗癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)染miR- 205的抑制劑后，ZEB2表達(dá)升高，誘導(dǎo)細(xì)胞E-黏連蛋白的表達(dá)明顯減少和N-黏連蛋白表達(dá)上調(diào)。食管鱗癌細(xì)胞通過以上過程誘導(dǎo)的EMT獲得更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移表型[16]。

6 miR- 205調(diào)控機(jī)制的研究趨勢(shì)

隨著miRNA領(lǐng)域的研究思路與研究手段逐漸完善，越來越多的miRNA及其調(diào)控分子機(jī)制被發(fā)現(xiàn)并闡明，對(duì)該領(lǐng)域的后續(xù)研究空間提出了新的挑戰(zhàn)。為此，通過對(duì)miR- 205調(diào)控靶點(diǎn)及其所在信號(hào)通路的整理分析，思考并探索miR- 205的研究趨勢(shì)，將為miR- 205及其他miRNA的研究開辟新的方向：1)利用高通量芯片或深度測(cè)序分析技術(shù)，構(gòu)建整體、系統(tǒng)的miR- 205調(diào)控多基因、多信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)，將為miR- 205的研究注入新的動(dòng)力。將miR- 205模擬物轉(zhuǎn)染MDA-MB- 231細(xì)胞系后，通過mRNA表達(dá)譜芯片分析獲得288個(gè)下調(diào)基因，IPA生物學(xué)軟件分析顯示，差異表達(dá)的基因與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖、腫瘤、細(xì)胞間信號(hào)聯(lián)絡(luò)、炎癥反應(yīng)等相關(guān)[17]。在前列腺癌的研究中，通過AGO2介導(dǎo)的RNA免疫共沉淀-表達(dá)譜芯片分析手段獲得與miR- 205相互作用的mRNA，不僅發(fā)現(xiàn)這些miR- 205關(guān)聯(lián)基因與MAPK/ERK、Toll樣受體、IL- 6介導(dǎo)的信號(hào)通路存在密切聯(lián)系，而且結(jié)合熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了miR- 205靶向調(diào)控其中一個(gè)與前列腺癌發(fā)生密切相關(guān)的關(guān)鍵基因——AR[18]。2)miR- 205通過支點(diǎn)基因及其信號(hào)通路參與調(diào)控腫瘤之外的其他多種生物學(xué)進(jìn)程，這將突破miR- 205現(xiàn)今研究主要局限于腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域的格局，拓寬miR- 205的研究廣度。以miR- 205調(diào)控的信號(hào)通路支點(diǎn)基因PTEN為例，PTEN不僅通過負(fù)調(diào)控PI3K/AKT 通路發(fā)揮致癌作用[19]，而且可以通過PI3K/AKT依賴和非依賴性兩條途徑負(fù)調(diào)控糖酵解和谷氨酰胺分解兩個(gè)關(guān)鍵代謝途徑，調(diào)控細(xì)胞能量代謝[20]。這為促進(jìn)miR- 205在非腫瘤學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新研究指明了方向。3)miR- 205與其他miRNA通過共調(diào)基因、共調(diào)信號(hào)通路聯(lián)絡(luò)在一起，為miRNA與其他miRNA相互作用的研究提供了可能。在角膜上皮中，INPPL1是miR- 205調(diào)控的一個(gè)靶點(diǎn)，miR- 184可以通過干擾miR- 205的表達(dá)，導(dǎo)致INPPL1誘導(dǎo)的AKT信號(hào)通路的阻滯，以調(diào)控角質(zhì)細(xì)胞的凋亡[21]。這是首個(gè)證明miRNA負(fù)調(diào)控另一個(gè)miRNA以維持靶蛋白水平的實(shí)例。

同時(shí)，miRNA互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將聯(lián)絡(luò)同一miRNA的不同信號(hào)通路和生物學(xué)過程相互聯(lián)系，為生物學(xué)行為的調(diào)控機(jī)制探索開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域。miR- 205靶向的PTEN可以調(diào)控細(xì)胞能量代謝和腫瘤生物學(xué)行為，提示以PTEN作為信號(hào)通路支點(diǎn)基因聯(lián)絡(luò)的能量代謝與腫瘤發(fā)生、發(fā)展之間存在密切聯(lián)系。同樣，miR- 122、miR- 146a、miR- 205等均參與了炎性反應(yīng)和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[22- 24]，提示以以上miRNA聯(lián)絡(luò)的炎癥與腫瘤之間也存在密切的聯(lián)系。如今，腫瘤細(xì)胞能量代謝異常以及慢性遷延性非可控性炎癥誘導(dǎo)并促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)已被充分驗(yàn)證并廣為接受[25]。

結(jié)合miRNA- 205的以上綜述分析，可以看到，以miRNA聯(lián)絡(luò)的多信號(hào)通路以及多種生物學(xué)行為之間密切聯(lián)系的事實(shí)。為此，運(yùn)用整體、系統(tǒng)且聯(lián)系的思維方式，探索新穎的miRNA調(diào)控機(jī)制，充分挖掘miRNA研究中的潛能，將突破現(xiàn)有的miRNA研究格局，為系統(tǒng)性疾病的研究開辟新的思路。

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新聞點(diǎn)擊

老年婦女有抑郁癥或服抗抑郁藥可增糖尿病心血管病風(fēng)險(xiǎn)

2013-06-21《美國(guó)新聞與世界報(bào)道·每日健康新聞》(U.S.News & World Report·HealthDay Reporter)報(bào)道，一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，老年婦女有抑郁癥或服用抗抑郁藥可能會(huì)增加糖尿病和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員觀察了美國(guó)幾千名絕經(jīng)后的婦女約8年的數(shù)據(jù)。這些有抑郁癥或使用抗抑郁藥的人比那些沒有抑郁癥未服用抗抑郁藥的人，更傾向于有較高的身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)，腰圍也較大并有炎性反應(yīng)。這些數(shù)據(jù)都與糖尿病和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加有直接關(guān)系。

該研究發(fā)表于美國(guó)公共衛(wèi)生雜志(American Journal of Public Health)。

Research progress and trend for miRNA- 205 regulated targets

WANG Meng-meng1, LIU Zhuo-qi1, WANG Sheng2, FAN Rui-qi1, YANG Xiao-hong1, LUO Da-ya1*

(1.Dept. of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Nanchang University, Nanchang 330006; 2.Academic Degree Office, Graduate School, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

Traditional research ideas of miRNA-target gene-biological function have ignored the contact between the target genes and signaling pathways involved, making the integrity and relevance of miRNA regulatory mechanisms not be fully elucidated. Integrated with systematic and relevant way of thinking, summarization and analysis for the luciferase reporter assay validated miR- 205 target genes and their related signaling pathways will pave the way for new research area for miR- 205, and, it will be helpful for breaking through the status quo and exploring the novel research areas for miRNA.

miR- 205; target genes; research progress and trend

2014- 05- 15

2014- 06- 22

國(guó)家自然科學(xué)基金(30860319，81160248，81360313)；江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金(YC2013-S006)

1001-6325(2015)01-0112-05

R34

A

*通信作者(corresponding author)：luodaya@hotmail.com