microRNA在白血病與腫瘤中研究進(jìn)展

microRNA在白血病與腫瘤中研究進(jìn)展第一頁，共27頁。RNA的種類及主要功能種類作用核糖體RNAsRibosomalRNAs,rRNAstranslation翻譯作用轉(zhuǎn)運(yùn)RNAsTransferRNAs,tRNAsTranslation翻譯作用信使RNAsMessengerRNAs,mRNAsproteintemplate蛋白模板非編碼RNAsNoncodingRNAs,ncRNAsvarioustypesandfunctions不同的種類和功能第二頁，共27頁。NON-CODINGRNA:FORMERLYKNOWNAS“JUNK”RNATranscriptsProtein-codingmRNANon-codingRNATranscriptsRegulatoryRNAmiRNAsiRNAAnti-senseRNAsnoRNAsHousekeepingRNAstRNArRNAsnRNAtmRNAsRnasePRNAsvRNAsgRNAsMRPRNAsSRPRNAsTelomeraseRNATranscription/chromatinstructureregulatorsTranscriptionalregulatorsProteinfunctionmodulatorsRNA/Proteinlocalizationregulators第三頁，共27頁。non-codingRNA非編碼RNA(20-20000nt)RNAmRNAsmallnon-codingRNA(miRNA)小非編碼RNA(20-500nt)longnon-codingRNA(lncRNA)長非編碼RNA(>500-20000nt)第四頁，共27頁。MiRNA定義：

微小RNA(microRNA,miRNA)是一種長度約為22-28nt的非編碼小分子RNA，miRNA通過與靶mRNA3’UTR(UntranslatedRegions,即非翻譯區(qū)，是mRNA分子兩端的非編碼片段)完全或不完全的互補(bǔ)結(jié)合，導(dǎo)致靶mRNA降解或翻譯抑制，從而調(diào)控靶基因的表達(dá)，影響細(xì)胞增殖、分化和凋亡。它們通過miRNA介導(dǎo)的特異性的基因沉默導(dǎo)致靶mRNA降解及抑制蛋白質(zhì)的合成調(diào)控轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)水平。miRNA對細(xì)胞的增殖、分化和凋亡有重要的調(diào)節(jié)作用。第五頁，共27頁。MiRNA特征：MicroRNA是一種長度約為21nt的單鏈非編碼小分子RNA。在進(jìn)化過程中高度保守。其通過與靶基因序列的3’UTR區(qū)特異性結(jié)合，誘導(dǎo)靶mRNA降解或阻遏其翻譯。MiRNA預(yù)計調(diào)控超過60%的蛋白編碼基因并且參與近乎所有已知的細(xì)胞進(jìn)程。第六頁，共27頁。miRNAs的發(fā)現(xiàn)1993年，miRNA由哈佛大學(xué)VictorAmbros和GaryRuvkun首次發(fā)現(xiàn)(lin-4)2000年，第二個miRNALet-7

在由哈佛大學(xué)博士后FrankSlack發(fā)現(xiàn)(Ruvkunlab)VictorAmbrosGaryRuvkun第七頁，共27頁。miRNA的研究思路表達(dá)譜分析生物信息學(xué)分析miRNA表達(dá)調(diào)控miRNA研究mRNA作用機(jī)理信號通路探討表觀遺傳學(xué)miRNA功能研究過表達(dá)試驗(yàn)抑制表達(dá)試驗(yàn)靶標(biāo)確證第八頁，共27頁。miRNA的研究方法1.miRNA芯片技術(shù)

將目前已經(jīng)克隆的miRNA或潛在miRNA制備成探針固定在尼龍膜或其它固相支持物上，然后與不同組別的總RNA或細(xì)胞器RNA雜交，通過信號的強(qiáng)弱比較探討miRNA的表達(dá)狀況。該方法類似于基因芯片技術(shù)，具有高通量、快速等優(yōu)點(diǎn)，是目前疾病相關(guān)miRNA篩選常用的一種技術(shù)。qRT-PCRNorthernBlot原位雜交技術(shù)等RNA-seq第九頁，共27頁。miRNA芯片是目前篩選和研究miRNA調(diào)控的高通量手段第十頁，共27頁。RNA-seq是另一種高通量研究方法RNA-Seq:arevolutionarytoolforTranscriptomics，Nature,2009,10:57第十一頁，共27頁。有些miRNA具有類似抑癌基因功能，通過轉(zhuǎn)錄后負(fù)性調(diào)控致瘤性靶基因的表達(dá)而發(fā)揮生物學(xué)功能；有些miRNA具有類似癌基因的作用，通過下調(diào)抑瘤性靶基因的表達(dá)而發(fā)揮功能。惡性腫瘤的microRNA結(jié)構(gòu)與表達(dá)異常

惡性腫瘤相關(guān)性microRNA如果組織中某種或某些miRNA的表達(dá)失常，細(xì)胞內(nèi)許多起重要作用的瘤基因或抑瘤基因就會受到異常調(diào)控而表達(dá)失常，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。第十二頁，共27頁。有些miRNA具有類似抑癌基因功能，通過轉(zhuǎn)錄后負(fù)性調(diào)控致瘤性靶基因的表達(dá)而發(fā)揮生物學(xué)功能；有些miRNA具有類似癌基因的作用，通過下調(diào)抑瘤性靶基因的表達(dá)而發(fā)揮功能。惡性腫瘤的microRNA結(jié)構(gòu)與表達(dá)異常

惡性腫瘤相關(guān)性microRNA如果組織中某種或某些miRNA的表達(dá)失常，細(xì)胞內(nèi)許多起重要作用的瘤基因或抑瘤基因就會受到異常調(diào)控而表達(dá)失常，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。第十三頁，共27頁。原癌基因與抑癌基因原癌基因（proto-oncogene）癌基因(oncogene)Myc抑癌基因(cancersuppressorgene)p53第十四頁，共27頁。miR-21

（1）miR-21在乳腺癌、肝癌、腦瘤等多種惡性腫瘤中表達(dá)顯著上調(diào)，并與乳腺癌等腫瘤的惡性分級呈正相關(guān)；（2）miR-21可能通過抑制其靶基因TPM1(tropomyosin1)的表達(dá)而促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖。（3）miR-21通過負(fù)調(diào)控抑癌基因PTEN的表達(dá)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力。（4）通過抑制PCD4(programmedcelldeath4)mRNA的翻譯效率，抑制MCF-7的增殖。（一）致瘤性microRNA（onco-miRNA）

在microRNA(miRNA)家族中，有些miRNA具有類似癌基因功能，與腫瘤發(fā)生呈正相關(guān)，這部分miRNA稱為致瘤性miRNA（onco-miRNA），其過表達(dá)或持續(xù)活化將直接導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。第十五頁，共27頁。

let-7家族(1)Let-7是2000年由Reinhart等在線蟲中發(fā)現(xiàn)的一種具有轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)作用的miRNA，通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)lin-47和lin-51的表達(dá)而控制線蟲向成蟲的轉(zhuǎn)變。(2)Ras是Let-7的直接靶基因，受到let-7家族的負(fù)性調(diào)控。Ras是一個膜相關(guān)的GTPase信號蛋白，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化的功能，是一個重要的瘤基因。(3)在肺癌、乳腺癌、子宮癌等惡性腫瘤中，let-7家族與這些腫瘤有關(guān)的脆性位點(diǎn)密切相關(guān)，在肺癌中其表達(dá)下調(diào)，是一個與肺癌預(yù)后負(fù)相關(guān)的抑癌基因。（二）抑瘤性microRNA(suppressormiRNA)

在miRNA家族中，有些miRNA具有類似抑癌基因功能，與腫瘤發(fā)生呈負(fù)相關(guān)，稱為抑癌性miRNA（suppressormiRNA）。抑癌性miRNA的表達(dá)下降或者缺失，將直接導(dǎo)致腫瘤的形成。

第十六頁，共27頁。

miRNA與腫瘤發(fā)生的關(guān)系存在兩種可能的模式[Caldas,etal.（NatureMedicine2005）]：1、若miRNA表達(dá)上調(diào)，其對應(yīng)抑癌基因表達(dá)下調(diào)時，則可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生；2、若miRNA表達(dá)下調(diào)，其對應(yīng)癌基因表達(dá)上調(diào)時，同樣可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。17第十七頁，共27頁。癌癥相關(guān)miRNAs舉例癌癥類型高表達(dá)miRNA低表達(dá)miRNA腦腫瘤miR-10b,21,22

miR-128,181肺癌miR-17-92,17-3p,93,106a,155,let-7Let-7,miR-145乳腺癌miR-10b,21,155miR-125,145肝癌miR-18,224miR-122a,125a,195,199a,200a大腸癌miR-21,31,96,135b,183miR-133b,143,145

胰腺癌miR-21,103,107,196amiR-204

慢性B淋巴細(xì)胞白血病miR-21,23a,23b,24-2,146,150,155,181a,211miR15,16,29c,192,222急性淋巴細(xì)胞白血病miR-99a,100,125b,155,196a,196b,383,miR-29a,b,c,320a,494,708,let-7b,7c第十八頁，共27頁。惡性腫瘤microRNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控異常（轉(zhuǎn)錄因子-microRNA-靶基因”交互作用的分子網(wǎng)絡(luò)）1．轉(zhuǎn)錄因子對microRNA初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)控2.microRNA對靶基因的調(diào)控

大部分miRNA具有自己一套獨(dú)立的順式作用元件（啟動子和增強(qiáng)子序列），受到上游一系列轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。類似于蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄過程，這些轉(zhuǎn)錄因子通過與miRNA的順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)miRNA在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)。miRNAs與其靶基因3’-UTR的結(jié)合位點(diǎn)并不是完全互補(bǔ)，可以存在短的錯配和G-U配對，因此，miRNA調(diào)控多個靶基因。同時，同一個靶基因又同時受到多個miRNA的調(diào)控。miR-21→TPM1、PCD4和PTEN；miR-15，miR-16，miR-181和miR-195→bcl-2第十九頁，共27頁。

因此，一個轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)控多個miRNA分子，一個miRNA分子又同時受到多個轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控；同時，一個miRNA分子能調(diào)控多個靶基因，而一個靶基因又同時受到多個miRNA分子的協(xié)同調(diào)控；它們之間組成了錯綜復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對人體生命活動以及疾病發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)歸過程的精細(xì)調(diào)控。3．“轉(zhuǎn)錄因子-microRNA-靶基因”構(gòu)成復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)第二十頁，共27頁。microRNA與腫瘤的診斷和治療腫瘤的分子診斷與治療是分子醫(yī)學(xué)的重要組成部分，已成為當(dāng)前腫瘤研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。一些具有重要診斷和治療價值的分子標(biāo)志物已經(jīng)在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，但由于特異性、敏感性或靶向性等方面的因素，其臨床應(yīng)用仍然受到很大局限。由于miRNA在腫瘤多階段發(fā)生過程中具有獨(dú)特的表達(dá)特征和生物學(xué)功能，miRNA在腫瘤的分子診斷和治療中具有廣泛應(yīng)用前景。第二十一頁，共27頁。一、microRNA與腫瘤的診斷(一)腫瘤組織特異性表達(dá)標(biāo)志物miRNA表達(dá)特征來對腫瘤進(jìn)行分類，并且篩選能對腫瘤進(jìn)行預(yù)后評估的miRNA標(biāo)記。Lu等通過對多種組織來源腫瘤組織miRNA（約200個）表達(dá)譜進(jìn)行歸類，發(fā)現(xiàn)這些結(jié)果與腫瘤組織的胚胎來源一致。例如，內(nèi)皮起源腫瘤，如直腸癌、肝癌、胰腺癌和胃癌等被分成一類，血液系統(tǒng)來源的也被歸為一類。而16000個蛋白編碼基因的mRNA則不能將其聚在同一類。因此，腫瘤的miRNA表達(dá)特征反映了其發(fā)育起源，這也與miRNAs指導(dǎo)組織特異性發(fā)育功能相一致。1.腫瘤的miRNA表達(dá)特征反映了其發(fā)育起源第二十二頁，共27頁。許多的研究通過miRNA芯片技術(shù)系統(tǒng)研究了miRNA在胃癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、肺癌、肝癌、白血病等腫瘤組織與其正常組織中的差異表達(dá)，構(gòu)建了相應(yīng)腫瘤組織與正常組織差異miRNA表達(dá)譜，篩選出了一些具有臨床診斷價值的分子靶標(biāo)。如，miR-221、miR-301和miR-376a診斷胰腺癌。(2)miRNA指導(dǎo)臨床腫瘤診斷（3）miRNA非常穩(wěn)定福爾馬林固定的石蠟包埋的樣品中分離出來，這使得miRNA表達(dá)譜特征庫的建立成為可能。第二十三頁，共27頁。(二)腫瘤血清標(biāo)志物血清的獲得相對比較簡單、對病人創(chuàng)傷少，因此腫瘤血清標(biāo)志物越來越受到廣大醫(yī)學(xué)研究者青睞。（1）miRNA在血漿和血清中非常穩(wěn)定，它們被有效保護(hù)以避免接觸RNases，在嚴(yán)酷的環(huán)境條件下仍能保持穩(wěn)定。（2）miRNA在血漿和血清中穩(wěn)定性使得其實(shí)際值與在病人身上得到的測試值非常吻合。第一個被發(fā)現(xiàn)的血清miRNA標(biāo)志物是miR-21。Lawrie等人證實(shí)，彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤病人的血清miR-21水平很高，與淋巴瘤存活率呈負(fù)相關(guān)，是一個淋巴瘤預(yù)后預(yù)測的理想分子靶標(biāo)。第二十四頁，共27頁