SSAM-05 microRNA-靶基因调控网络分析

SSAM-05：microRNA-靶基因调控网络分析

本方案分析内容：通过整合microRNA与靶基因之间的调控，microRNA靶基因之间的蛋白-蛋白相互作用，系统认识miRNA对细胞分子网络的调节作用。该网络的构建，可以在全局的水平上直观的反应基因之间的相互关系，同时反映了基因调控网络的稳定性。网络中连接度高的基因，称为hub基因。Hub基因往往对网络的稳定性起到重要作用。因为hub会影响大部分基因，是基因调控的核心，一般认为其重要性要高于普通基因。一般来讲，大部分hub基因都是转录因子，有的也可能是激酶，如MAPK系统。其中生物学通路（Biologicalpathway），包括代谢通路和信号转导通路是生物功能的重要组成部分，我们将各种形式的差异表达的miRNA对应的靶基因放到生物学通路中进行综合分析，考察功能性突变对pathway的影响程度和影响的规律。通过GSEA（配合芯片表达谱数据），KS检验，超几何分布检验等方法对变异基因在某些pathway的富集程度进行排序，识别发生功能改变的潜在通路。我们已经对目前所有信号通路资源进行整合优化，并适用于研究的个性化分析。

研究表明 miRN在哺乳动物细胞系统中的主要功能是降低靶基因mRNA的水平。每种保守的哺乳动物的miRNA都调控着数百个不同的靶基因，显示出调控系统的复杂性和系统性。因此，miRNA现在被认为是与转录因子同样重要的调控细胞蛋白质成分的重要分子。同样的，miRNA基因也受到精确的转录调节，并与后续的靶基因作用形成跟完整和系统的分子作用网络。miRNA在调控细胞生物过程中以不同的正负反馈的作用形式在多途径方式下调节细胞的信号转导事件，精确地控制着基因转录本的活性和细胞应对环境应激的反应状态。

miRNA基因在细胞受到应激刺激后可以收到多信号通路蛋白质的调控；之后，miRNA也可以后续的出细胞核在细胞质中调控着细胞核外信号通路的不同环节。例如：在TLR信号通路中，多种pri-miRNA可以受到信号通路的诱导；同时，信号通路也受制于转录出的miRNA调控。因此，细胞内呈现着复杂而有序的多层次调控关系，即包含转录水平的调控，也包含miRNA所参与的转录后调控（例如，图例-1所示）。有研究表明，在TLR信号通路中，Toll-likereceptor（TLR）在不同免疫细胞类型中呈现不同的分布模式。这种差异性正是

由不同的miRNA表达水平决定的。另外，miRNA即可以与其他蛋白质相互作用共同参与靶基因的转录抑制或翻译抑制，同时也可以竞争性结合于靶基因以保证靶基因mRNA的稳定性，避免被其他蛋白因子所降解（例如，图例-2所示）。图例-2，miRNA以不同的形式调控靶mRNA的活性和稳定性：(1)直接抑制靶mRNA，如let-7;(2)与其他蛋白因子相互作用共同抑制靶mRNA，如TTP与miR-16;(3)招募其他蛋白因子在特定细胞环境下激活具有ARE（AU-richelements）序列特征的靶mRNA的翻译，例如miR-369-3与FXR1，AGO2激活TBFmRNA的翻译。（4）通过含有seed序列模式与含有ARE（AUUUA）序列特征的靶基因mRNA互补进而阻止mRNA被其他蛋白质因子降解，如miR-4461通过竞争效应阻止TTP降解IL10mRNA。（5）通过降解蛋白因子间接地激活或者稳定mRNA分子，例如miR-21。 
 

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MicroRNA(miRNA)是具有调控基因表达功能的非编码RNA，通常长度为~22nt，在基因表达的转录后调控水平发挥重要功能。成熟的miRNA是从较长的具有局部颈环解结构(stemloop-hairpin)的RNA序列加工而成。miRNA的生物产生机制途径zei先发生与细胞核中的RNaseIII酶Drosha对pri-miRNA的颈环处碱基进行剪切，并生成~70-90bp的pre-miRNA发卡结构。pre-miRNA被转运至细胞质中，进一步由Dicer（RNaseIIIendonuclease）加工。Dicer识别双链RNA靠近颈环处的碱基并分离双链，产生两条单链，而其中一条链成为miRNA而互不的那条链则被降解。成熟miRNA序列一旦被释放生成，它将与mRNA的3’UTR的局部序列互补配对，并通过降解mRNA和抑制mRNA翻译而达到调控基因表达的目的。

miRNA是一类重要的基因表达调控因子，通常主要参与靶基因翻译的抑制过程，同时zei近研究也表明miRNA在哺乳动物细胞系统中的主要功能是降低靶基因mRNA的水平。每种保守的哺乳动物的miRNA都调控着数百个不同的靶基因，显示出调控系统的复杂性和系统性。因此，miRNA现在被认为是与转录因子同样重要的调控细胞蛋白质成分的重要分子。同样的，miRNA基因也受到精确的转录调节，并与后续的靶基因作用形成跟完整和系统的分子作用网络。 

 

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