一周学术轰趴丨盘点miRNA最新进展

锐博生物/RIBOBIO

《Cell》：后生动物的MicroRNAs

MicroRNAs是一类~22nt的RNAs，其可以指导不同真核生物谱系中mRNA靶标的转录后抑制。在人类和其他哺乳动物中，这些small RNAs有助于调节大多数mRNAs的表达。美国麻省理工学院怀特海德生物医学研究所的研究人员回顾了对后生动物miRNAs的界定特征及其生物发生、基因组学和进化的最新认识。并且总结了后生动物miRNAs是如何被调控，以及它们是如何识别并引起其靶标的抑制，该抑制又会产生怎样的生物学功能。最后，通过敲除表型的汇编，表明哺乳动物大多数广泛保守的miRNAs都已被鉴定出具有重要的生物学功能。

Fig1. A Unified Model for miRNA Target Recognition and Pairing Propagation.

原文：Bartel DP. Metazoan MicroRNAs[J]. cell, 2018.

《Blood》：miR-125b的表观遗传沉默是正常B细胞发育的必需条件

在造血和细胞功能方面，一些microRNAs的失调会影响到关键的发育检查点，最终导致自身免疫性疾病或癌症的发展。加州理工学院（California Institute of Technology）的研究人员发现miR-125b在骨髓多能祖细胞和骨髓细胞中表达，但在B细胞谱系中不表达，并且编码miR-125b的基因在B细胞中缺乏转录激活标记。为了理解B细胞中miR-125b生理沉默的生物学意义，研究人员在B细胞谱系中驱动miR-125b表达，发现miR-125b表达的异常调节损害了未成熟B细胞从骨髓到外周血的释放。这种损害主要是通过抑制鞘氨醇-1-磷酸受体1（S1PR1）的表达来介导的。S1PR1的表达或CRISPR/Cas9介导的S1PR1 3'UTR中miR-125b靶点的基因组编辑可挽救miR-125b介导的B细胞释放缺陷。除了B细胞释放受损外，miR-125b异常调节最初减少了前B细胞的输出，但随后在小鼠中诱导了前B细胞淋巴瘤/白血病。在miR-125b诱导的B细胞癌中发现了IRF4的遗传缺失，但其在致癌性miR-125b诱导的B细胞转化中的作用仍然未知。因此，研究人员进一步通过实验发现IRF4纯合突变小鼠中miR125b诱导的B细胞白血病被大大加速，证实了miR-125b和IRF4在癌症诱导中的相互作用。最后，研究人员得出结论：miR-125b的生理沉默对于正常B细胞发育是必需的，并且还作为一种抑制癌症的机制。

Fig2. MiR-125b inhibits B cell release from bone marrow through direct targeting of S1PR1.

原文：Li G, So A Y L, Sookram R, et al. Epigenetic silencing of miR-125b is required for normal B cell development[J]. Blood, 2018: blood-2018-01-824540.

《Nucleic Acids Research》：miRNA丰度和靶点结构的相互作用决定miRNA的活性和特异性

MicroRNAs经常出现在具有相同5'末端“种子”序列的家族成员中。种子序列是miRNA活性的主要决定因素，并且家族成员被认为在靶mRNA（即与种子互补的序列）上有过多的作用。然而，最近报道了种子外的序列可促进单个miRNA家族成员沉默。瑞士巴塞尔大学（University of Basel）的研究人员对这个理论以及miRNA特异性对发育基因调控的重要性进行了研究。通过在秀丽隐杆线虫中使用let-7 miRNA家族，研究人员发现种子匹配缺陷可以通过在miRNA种子区域外进行大量配对以提高有效沉默从而增加特异性，并且这种特异性对于蠕虫发育是必需的。此外，对于一些靶点结构，提高miRNA水平可以补偿种子外互补性的缺乏。因此，一些靶位点需要更高的miRNA浓度来进行沉默，这与功能性和非功能性位点之间的传统二元特性形成对比。所以，研究人员得出的结论是：改变miRNA的浓度可以改变细胞miRNA的靶标序列（组成成分）。这使得miRNA介导的基因调控的可能生物学结果多样化，并强调了在生理条件下进行靶标验证以了解体内miRNA功能的重要性。

Fig3. miRNA abundance and architecture of the target site determine mRNA silencing.

原文：Brancati G, Großhans H. An interplay of miRNA abundance and target site architecture determines miRNA activity and specificity[J]. Nucleic Acids Research.

《Cell Death & Differentiation》：MicroRNA-149-3p可通过细胞自主性与非自主性下调肿瘤抑制因子DAB2IP来促进癌细胞的侵袭

肿瘤抑制因子DAB2IP有助于调节癌细胞与肿瘤微环境之间建立的信息网络。在多种人类恶性肿瘤中通常可观察到该蛋白的表观遗传学和转录后失活，并且可能有利于由多种基因突变驱动的肿瘤进展。意大利的里雅斯特大学（University of Trieste）的研究人员通过对大量人类microRNA mimics进行高通量筛选，鉴定了一个miR-149-3p作为DAB2IP的负转录后调节因子。该miRNA可通过有效地下调DAB2IP，从而增强癌细胞的迁移和侵袭性，促进NF-kB信号的激活并且促进了促炎及促血管生成因子的表达。此外，研究人员发现由前列腺癌细胞分泌的miR-149-3p可诱导受体血管内皮细胞中的DAB2IP下调，刺激其增殖和迁移，从而可能重塑肿瘤微环境。最后，研究人员还发现抑制内源性miR-149-3p可恢复DAB2IP活性，并有效地减少肿瘤生长和恶性细胞的蔓延。该研究结果表明了miR-149-3p可通过协调抑制肿瘤细胞和基质细胞中的DAB2IP来促进癌症发展。

Fig4. Proposed model for miR-149-3p-mediated cell autonomous and cell non-autonomous inhibition of DAB2IP.

原文：Bellazzo A, Di Minin G, Valentino E, et al. Cell-autonomous and cell non-autonomous downregulation of tumor suppressor DAB2IP by microRNA-149-3p promotes aggressiveness of cancer cells[J]. Cell Death Differ, 2018.

《Oncogene》：miR-1204通过靶向新靶点VDR来促进乳腺癌的上皮-间质转化及转移

浆细胞瘤变体易位1（PVT1）是一个在乳腺癌（BC）发病机制中起重要作用的lncRNA。越来越多的证据表明，位于PVT1基因座中的miRNA是PVT1在癌症中发挥致癌作用的主要驱动因素。然而，位于PVT1基因座中的miR-1204在人类癌症中的致癌作用和潜在机制仍不清楚。山东大学医学院的研究人员发现miR-1204表达增加与BC预后不良有关。此外，miR-1204在体外和体内均促进BC细胞的增殖、上皮-间质转化和侵袭。进一步的机制研究表明VDR是miR-1204的新靶基因。通过干扰VDR可恢复miR-1204介导的BC细胞增殖、肿瘤发生和转移。该研究结果表明了miR-1204-VDR通路在BC中发挥致癌作用，具有阻断BC发展及进展的潜在治疗应用。

Fig5. Model for miR-1204 mediated inhibition of VDR and its downstream effectors in the progression of BC.

原文：Liu X, Bi L, Wang Q, et al. miR-1204 targets VDR to promotes epithelial-mesenchymal transition and metastasis in breast cancer[J]. Oncogene, 2018: 1.

《Journal of Pathology》：NSCLC患者中miRNA编码基因的DNA甲基化

非小细胞肺癌（NSCLC）中经常发生导致某些基因转录失活的DNA甲基化失调。除了编码蛋白质的基因外，miRNA编码基因可能成为NSCLCs中甲基化的靶点。然而，已知甲基化miRNA基因的数量仍然很少。奥地利维也纳医科大学（Medical University of Vienna）的研究人员使用甲基化DNA免疫共沉淀芯片（MeDIP-chip）研究了50例NSCLC患者的原发性肿瘤（TU）和相应的非恶性肺组织样本（NL），确定了TU和NL样品之间的252个差异甲基化探针并进行了注释，结果在TU标本中鉴定出34个miRNA编码基因的甲基化增加。尽管其中有一些miRNA编码基因在NSCLC中（例如miR-9-3，miR-124）已被甲基化，但绝大多数的甲基化仍然未知。因此，研究人员选择了6个miRNA基因（miR-10b、miR-1179、miR-137、miR-572、miR-3150b和miR-129-2）用于基因特异性甲基化分析，观察到与NL样品相比，这些miRNA基因在TU中的甲基化显著增加（p<0.0001）。随后对6个miRNAs进行靶基因预测，发现了几个致癌/细胞增殖促进因子，其中CCNE1作为miR-1179靶标。为了研究miR-1179是否确实靶向CCNE1，研究人员将miR-1179 mimics转染到CCNE1表达的NSCLC细胞中，并观察到这些细胞中的CCNE1 mRNA表达下调。Western blot分析可见类似的对细胞周期蛋白E1表达的影响。此外，miR-1179 mimics转染的NSCLC细胞的生长显著减少。本研究在NSCLC患者中发现了许多甲基化miRNA基因，并发现miR-1179是NSCLCs中潜在的肿瘤细胞生长抑制因子。同时强调了miRNA基因甲基化对NSCLCs发病机制的影响。

Fig6. Identification of differentially methylated miRNA genes in NL and in TU samples of 50 NSCLC patients by MeDIP-chip analyses.

原文：Heller G, Altenberger C, Steiner I, et al. DNA methylation of miRNA-encoding genes in non-small cell lung cancer patients[J]. J Pathol, 2018.

《PLoS Pathogens》：miR-126-5p有助于泰勒属感染的巨噬细胞毒力

环形泰勒虫( Theileria annulata )是一种能感染和转化牛巨噬细胞的顶复门原虫寄生虫，可在动物中传播并引起一种称为环形泰勒虫病的白血病样疾病。研究人员对T. annulata感染的B细胞及巨噬细胞进行深度RNA-seq，鉴定了一组由感染诱导的miRNAs，其表达在缺乏毒性过度传播表型的转化巨噬细胞中减弱。随后，研究人员探索了感染诱导的miR-126-5p的上调是如何消除JIP-2表达，从而释放细胞质JNK转移到细胞核，并反式激活AP-1驱动的mmp9的转录，最终促进肿瘤侵袭蔓延。而在非弥散性减毒巨噬细胞中，miR-126-5p水平下降，JIP-2水平增加，JNK1保留在细胞质中，导致c-Jun磷酸化减少，并抑制AP-1驱动的mmp9转录。另外，研究显示miR-126-5p水平的变化取决于AGO2的酪氨酸磷酸化状态，并且AGO2磷酸化状态是通过Grb2募集PTP1B来进行调控。在减毒的巨噬细胞中，Grb2水平下降导致PTP1B募集减少，AGO2磷酸化增加，与AGO2相关的miR-126-5p减少，并且伴随JIP-2水平的升高。因此，miR-126-5p水平的变化为T. annulata感染的巨噬细胞的毒性过度传播和减毒传播提供了基础。

Fig 7. Model proposing how Grb2 recruits PTP1B to AGO2 decreasing its tyrosine phosphorylation leading to loading and protection from degradation of miR-126-5p.

原文：Haidar M, Rchiad Z,Ansari HR, et al. miR-126-5p by direct targeting of JNK-interacting protein-2(JIP-2) plays a key role in Theileria-infected macrophage virulence[J]. PLoSPathog, 2018.

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