【科研熱點】腫瘤中的 miRNA（一）

雖然 miRNA 的研究已經沒有前幾年那么熱門了，但是任誰都無法否認腫瘤細胞中的 miRNAs  在腫瘤發生、發展及轉移中起到的重要作用。因此，選擇 miRNA 作為切入點，是希望對過往在 miRNA 研究領域內的發現，做一次梳理。

第一個 miRNA 是在 1993 年被發現的。當時兩項獨立的研究發現，在線蟲（Caenorhabditis  elegans）中有個基因 lin-4 是一個非編碼的 RNA（noncoding RNA, ncRNA）。在當時，由于認知的局限性，這個非編碼的 RNA 被認為是線蟲中的一種特殊的調控工具，被線蟲用來調控編碼基因（coding genes）表達的。這一發現在當時并未引起學術界的重視。 

直到 7 年后，Reinhart 等人發現了另外一個小的非編碼 RNA--let-7。他們發現這兩個非編碼 RNA 都可以通過 3’非翻譯區（3’-untranslated Region， 3'-UTR）介導的 RNA-RNA 相互作用，調控下游基因及其信號通路。這項發現極大地激發了科學家們的科研熱情，鼓舞他們去探尋新的非編碼 RNA。 

2001 年時，三個不同的課題組分別在不同的物種和細胞內發現了與線蟲中類似的短鏈非編碼 RNA。至此，學術界終于認可，在生物體內存在一大類短鏈非編碼 RNA，它們具有強大的調控功能。這類分子，最終被賦予了一個名稱--miRNA（小 RNA）。從那以后，幾乎所有的植物和動物物種中，都發現了 miRNA 的存在。據最新的報道，在人類中成熟的 miRNA 超過 2000 條，在小鼠中超過 1200 條。 

動物細胞內的 miRNAs 在進化上是比較保守的，有證據顯示低等動物線蟲中有大約 55%的 miRNAs 可以在人類細胞中找到同源基因（homologs）。在高等動物（尤其是哺乳動物）中， 由于進化的緣故，導致基因組發生復制（duplication），從而產生多個亞型/異構體（或者被稱為旁系同源基因（paralogs），例如人類的 let-7 基因有 8 個不同的亞型（isoforms），分布 于 11 個不同的基因座（genomic loci）。大多數（超過 50%）的 miRNAs 都是成簇的，并且在轉錄時以多順反子 （multicistronic）（注 1）的形式進行轉錄。

一般情況下，miRNA 的不同亞型/ 旁系同源基因都以成簇方式存在，主要的原因是因為這些亞型/旁系同源基因的種子序列（seed region）（注 2）是相同的，因此它們在生物體內往往發揮冗余 的功能。例如，miR-17/92 簇能轉錄出一個多順反子的前體。該多順反子成熟后，形成 6 個不同的 miRNAs。這些成熟的 miRNAs 又分別屬于 4 個不同的 miRNA 家族：miR-17 家族（miR-17 和 miR-20），miR-18，miR-19 家族（miR- 19a 和 miR-19b）及 miR-92

少數 miRNAs 是位于基因內部（intragenic）的，因為他們位于其他基因的序列內并且有相同的轉錄方向。包含 miRNA 序列的宿主基因（host gene）可以是編碼蛋白的基因，也可以是非編碼的基因。在非編碼的轉錄本中，有大約 40%的基因內 miRNA（intragenic miRNAs）位于類內含子區域，有大約 10%位于類外顯子區域（注 3）。在編碼序列中，大多數 miRNA 位于內含子中。

絕大多數的 miRNA 由 RNA 聚合酶 II（Pol II）轉錄形成，因此在結構上前體 miRNA 結構類似 mRNA，都有 5’加帽區和 3’polyA 的尾部。但是，一小部分含有 Alu 重復序列（注 4）的 miRNA 卻是由 RNA 聚合酶 III（Pol III）而轉錄形成。

注釋 

注 1：多順反子指一個 mRNA 分子編碼多個多肽鏈。在 miRNA 領域內所謂的多順反子指一條前體 miRNA 可以編碼多個成熟的 miRNA 分子。這些編碼 miRNA 的 DNA 片斷往往位于同一轉錄單位內，享用同一對起點和終點。 注 2：seed region 指 miRNA 序列中與靶標 mRNA 的 3’UTR 區域，相互結合的核心序列，一般長度在 8 個 nt 左右。 

注 3：由于非編碼序列不編碼蛋白，因此非編碼的 RNA 沒有內含子（intron）和外顯子（exon）的概念，但是有類似的類內含子區域（intronic region）和類外顯子區域（exonic region）。 

注 4：Alu 重復序列是人類基因組中一族散布的，長度大約為 300bp 的中等重復序列（重復 頻率 10～104）。它是短分散重復序列（short interspersed element,SINEs,≤500bp）中最大的一個家族，約占基因組的 3％～6％，以平均間隔 5kb 隨機分散于整個基因組中。