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microRNA靶基因检测技术研究进展

2023-07-21 来源:独旅网
河南农业科学,2013,42(4):11—13,l8 Journal of Henan Agricultural Sciences microRNA靶基因检测技术研究进展 郭晓琴 ,孙红正 (1.中州大学,河南郑州450044;2.河南农业大学,河南郑州450002) 摘要:microRNA是真核生物基因表达调控的重要因子,对其靶基因的验证是研究microRNA功 能必不可少的环节。验证microRNA与其靶基因的相互作用,可以根据能否进行靶基因切割、能 否造成目标靶基因RNA表达量或蛋白表达量降低以及能否形成RISC—mRNA复合体等特征进 行检测。基于此,从以上三方面对验证microRNA靶基因的技术进行了综述。 关键词:microRNA;5 RLM—RACE;target-mimic;靶基因;降解组;免疫共沉淀 中图分类号:Q341 文献标志码:A 文章编号:1004—3268(2013)04—0011一O4 Review on Experimental Validation of MicroRNA Target Gene GUO Xiao—qin ,SUN Hong-zheng。 (1.Zhongzhou University,Zhengzhou 450044,China;2.Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China) Abstract:MicroRNA is the important gene expression regulator in eukaryote.The validation of target gene is essential tO study the microRNA functions.The interaction of microRNA with its target gene could be verified according tO the cleavage of target genes,the down—regulation of tar— get gene RNA transcripts or protein translation level and the formation of RISC—mRNA complex. The paper reviewed the technology for verifying the microRNA target gene from the three areas mentioned above. Key words:microRNA;5 RLM—RACE;target—mimic;target gene;degradome;coimmuniprecipi— tation microRNA是广泛存在于真核生物体内的一类 NA的研究中,计算机辅助预测和试验验证是最常 21~24 nt的短片段非编码RNA[1],作为一类新发 用的研究技术,预测采用的软件(如RNAhybrid ], 现的基因表达调控因子,在维持基因组稳定性、调节 psRNATargetL6 等)会根据microRNA序列与目标 生长发育和生物与非生物胁迫等生物过程中都起着 靶基因序列结合自由能以及经验模型预测出特定 重要的作用 ]。目前,已经在193个物种中发现 microRNA的靶基因结合位点,但计算机辅助预测 25 214个microRNA(miRBase,Release 19)。在植 存在假阳性,microRNA是否能切割靶基因最终仍 物中,microRNA由2类RNA聚合酶转录相应的 需试验验证_7 ]。鉴于此,综述了microRNA靶基 M侬基因,转录本经过自身折叠和DCL1、HEN1 因的试验验证技术,以期为microRNA相关研究提 等酶类的切割加工后成为成熟的microRNA[4]。成 供参考和借鉴。 熟后的microRNA与AGO蛋白结合,通过碱基配 对原则与其靶基因结合,从而造成靶基因切割、阻遏 直接检测mi.croRNA切割位点 翻译以及甲基化等基因负调控效应。在对microR— 在植物中,靶基因的切割是microRNA最主要 收稿日期:2012—11一O9 基金项目:国家青年科学基金资助项目(31200973) 作者简介:郭晓琴(1980一),女,河南周口人,硕士,主要从事生物分子遗传研究。E—mail:glamour80@tom.tom *通讯作者:孙红正(1979一),男,河南平顶山人,讲师,博士,主要从事作物分子生理研究。E—mail:sunhongzheng@foxmail.com 12 河南农业科学 第42卷 的作用方式,其作用结果是靶基因mRNA被mi— croRNA—RISC复合体在靶位点切断【9]。采用 RNA连接酶介导的5 RACE(5 RLM—RACE)方 法可以检测被切断的靶基因mRNA,而其做法区别 于常规5 RACE。5 RLM—RACE先用RNA连接 酶在mRNA的5 端加上一个RNA接头(adaptor), 然后用接头特异引物和基因特异引物反转录后进行 PCR扩增,然后克隆、测序鉴定切割位点。被mi- croRNA—RISC复合体切断的mRNA有别于完整 的mRNA,后者有5 帽子结构,所以不能连接RNA 接头,在反转录后PCR中不能被扩增。被切割的 mRNA相对于随机断裂的mRNA,其切割位点是 固定的,因此,在5 RLM—RACE结果中,沿mRNA 序列随机断裂位点呈随机分布,而在切割位点处呈 现出异常高的克隆频次。这种5 RLM—RACE方 法在单个microRNA研究中已被广泛应用并被证 明是有效的[1 ”]。 随着测序技术的发展,大规模的DNA测序已 经成为可能,在2008年出现了在转录组水平进行 microRNA靶基因切割位点的PARE(parallel analysis of RNA ends)技术[1引,也被称为降解组测 序(degradome sequencing)。PARE技术与 5 RLM—RACE类似,也要在mRNA的5’端加一个 RNA接头,不同的是PARE技术富集所有含 PolyA的tuRNA,并且在RNA接头上有一个内切 酶Mine I识别位点,该内切酶切割位点位于其识别 位点下游2O bp处,加接头的mRNA反转录成 eDNA,用Mine I酶切后加上一个DNA接头,根据 两侧接头的序列设计引物,经PCR扩增后克隆建库 进行深度测序,测序后得到2O bp的序列,然后通过 生物信息学分析比对到原mRNA转录本上,在 microRNA切割位点处会出现高频的次数分布,区 别于随机断裂的位点。采用降解组测序方法鉴定 microRNA切割靶基因位点已在多个物种上得到应 用[14-18]。 2 在RNA水平或蛋白质水平检测靶 基因的表达量 microRNA调控基因的最终结果是基因表达量 降低,其具体表现就是在RNA水平上转录本的减 少或蛋白质水平上翻译量的减少,特别是对于翻译 阻遏效应来说,microRNA并不直接降解mRNA, 而是结合到mRNA上造成翻译阻遏,所以,此类调 控并不减少RNA转录本的数量,在蛋白质水平上 进行检测更能说明其调控效果。通过检测表达量变 化来确定microRNA与靶基因关系的方法主要有 qRT—PCR、Western杂交、2一D蛋白电泳等,但是 需要构建microRNA超表达或干扰表达的转基因 系,通过microRNA量的变化确定目标靶基因的变 化趋势,从而验证两者之间的调控关系。在构建转 基因系研究中,超表达microRNA相对容易,只需 将microRNA前体基因插入强启动子之后导入细胞 即可实现。但常规干扰编码基因的RNAi方法不能 直接用于降低或干扰microRNA表达,Franco— Zorrilla等L1 设计了microRNA target—mimic模拟 DNA片段,target—mimic片段与microRNA相比在 第1O位与第11位多出一个碱基,其他碱基位置与 microRNA完全互补,这样的模拟物与microRNA 只能结合但不能被RISC复合体切割,所以造成mi— croRNA虽然表达,但由于被模拟物结合,不能作用 于其靶基因。Yah等[2叩又将这种target—mimic的 方法进行改进,设计2个target-mimic通过48 bp 的spacer序列相连,其抑制相应microRNA的效果 明显增强。与野生型相比,靶基因由于受到mi— croRNA的调控消除或减弱,其表达量和蛋白表达 产物如果高于野生型,microRNA与靶基因的调控 关系就得到验证。 另外一种检测microRNA负调控靶基因的方 法是利用luci rase报告基因作为指示标记来检测 microRNA对靶基因的降解作用L2¨。其做法是将 microRNA的靶基因序列片段克隆到luciferase基 因编码区终止密码子之后,但是位于转录终止加 polyA信号之前,之后将构建好的克隆载体和 microRNA同时导人真核细胞,luci’ferase报告基因 在启动子驱动下转录表达,如果microRNA能作用 于靶基因序列,转录本被切割降解,将检测不到 luci .Kase报告基因的表达。反之,如果microRNA 不能作用于靶基因序列,则会检测到报告基因的 表达。 3 检测microRNA与靶基因mRNA 的结合 microRNA对靶基因的调控作用依赖于 microRNA与AGO蛋白结合,并招募其他蛋白形成 RISC复合体才能对mRNA靶序列切割或阻遏,据 此将AGO蛋白与一抗原决定基相连,用免疫共沉 淀方法分离得到microRNA—AGO—mRNA的复 合体,以此来富集与microRNA相互作用的mRNA 序列,然后通过microarray、深度测序等方法得到 microRNA靶基因信息或作用位点序列[zz-za]。与此 第4期 郭晓琴等:microRNA靶基因检测技术研究进展 Rna,2004,10(10):1507—1517. 类方法类似的有高通量紫外交联免疫沉淀法 (HITS—CLIP)[2‘ 和光激活核酸加强交联免疫共 沉淀法(PAR—CLIP)L2 。 [6] Dai X,Zhao P X.psRNATarget:a plant small RNA target analysis server[J].Nucleic Acids Res,2011,39: 5—9. 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