综述:miRNA/microRNA在肿瘤中的作用(2)[创新技巧]

【字体: 时间:2006年09月01日 来源:康成生物

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  Oncomirs - microRNAs(miRNA)与生长,分化和疾病

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miRNAs,生长、分化和疾病
   
目前只有一小部分的miRNAs 生物学功能得到了阐明。这些miRNAs 调节了肿瘤有关的过程如细胞生长,组织分化,所以,它们可能起到oncomirs 的功能。例如,由lin-4 和let-7编码的miRNAs 在线虫中控制了细胞分化和增殖的时序。这些miRNA 基因的突变导致了细胞周期和末端分化的异常,这也是肿瘤细胞的特性。有趣的是,哺乳动物lin-4 和let-7 的同
源基因也被发现在人细胞系中控制细胞增殖,并与多种癌症有关。果蝇中由bantam 编码的miRNA 通过刺激细胞增殖和抑制细胞凋亡来诱导组织生长,这与bona fide 癌基因的特性一致。然而,在人类中,没有bantam 的近似的同源基因。另
一个果蝇的miRNA,miR-14,强烈抑制细胞凋亡,也具有癌基因的重要特点。此外,miR-14看起来还具有不相关的调节脂肪代谢和严谨反应的功能。研究发现其他miRNAs 在发育和诱导细胞分化发挥基础作用。其中包括,miR-273 和lys-6 编码的miRNA,参与了线虫的神经系统发育过程;miR-430 参与了斑马鱼的大脑发育;miR-181 控制哺乳动物血细胞分化为B 细胞;miR-375 调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌;miR-143 在脂肪细胞分化起作用;miR-196 参与了哺乳动物四肢形成,miR-1 基因与心脏发育有关。对于新的miRNA基因的分析,可能揭示其他参与器官形成、胚胎发育和生长的调节因子,促进对癌症等人类疾病机制的研究。

 

与癌症有关的miRNA
    miRNA 表达与多种癌症相关,并且这些基因可能起到肿瘤抑制基因或是癌基因作用。最近的研究发现,大约50%的得到注解的miRNAs 在基因组上定位于与肿瘤相关的脆性位点(fragile site)。这说明miRNAs 在肿瘤发生过程中起了至关重要的作用。例如,mir-125b-1,线虫lin-4 的同源基因,在染色体的11q24 脆性位点,在很多乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宫癌病人中有缺失。Sonoki 等报道这一基因也和白血病相关,有一例前体B 细胞急性淋巴型白血病人在免疫球蛋白重链位点有这一基因的插入突变。尽管研究人员未能测定这一基因表达的改变,但是这一研究支持了这一基因的oncomir 功能假设。

    Calin 等人首先发现miRNAs 可以起到肿瘤抑制基因作用。他们研究发现,患有一种成年型B 细胞慢性淋巴型白血病(CLL)病人常有mir-15a 和mir-16-1 基因簇的缺失或是表达下调。65%的CLL 病人,50%的套细胞淋巴瘤病人,16-40%的骨髓瘤病人、60-%的前列腺癌病人中有13q14 位点的缺失。因此,在这个30Kb 的区域中必定有一个肿瘤抑制基因的存在。有趣的是,mir-15a 和mir-16-1 位于一个功能未知的被称为LEU2 的非编码蛋白的RNA 基因的内含子区域。临床研究早就发现,13q14 位点缺失的CLL 病人预后要好于染色体异常或是11q23 或是17p13 位点缺失的病人。这可能是由于mir-15a 和mir-16-1 的同源基因(mir-15b 和mir-16-2)存在于3 号染色体上。而这两个基因在CLL 病人有低水平的表达,因此,13q14 位点的缺失并没有造成这一家族的miRNA 的完全消除。


    Climmino 等最近报道,miR-15a 和miR-16-1 负调控BCL2,这是一个抗凋亡基因,在多种肿瘤中过量表达,包括白血病和淋巴瘤。因此,这两个miRNAs 的缺失或下调,导致了BCL2 表达的升高,促进了白血病和淋巴瘤的发生。研究还发现,两个CLL 病人存在miR-16-1 前体的下游7 个碱基中有一个C 突变为T,这种突变导致miR-16-1 表达水平下降,这进一步证明了其肿瘤抑制基因的作用。尽管对于miR-15a 和miR-16-1 生物学功能的进一步研究还未完成,证据显示,miR-16-1 表达水平的下降多发现在各种白血病中,而在其他组织来源的肿瘤中并不多见。这说明这个miRNA 在免疫系统和B 细胞分化中的作用。


图二:MicroRNAs 可以起到肿瘤抑制基因和癌基因的作用
    在正常组织中,miRNA 正常转录,加工,结合到靶mRNA 的互补位点,通过抑制蛋白翻译或是改变mRNA 的稳定性来抑制基因表达。最终的结果是,细胞生长、增殖、分化和死亡保持在一个正常的水平。

    一个起肿瘤抑制基因作用的miRNA 表达下降或者缺失,导致肿瘤形成。成熟miRNA水平下降可能是由于miRNA 生物合成的任何步骤的缺陷造成的,而这最终将导致不适当的miRNA 的靶蛋白的表达。最后的结果可能导致过度增殖、侵入、凋亡的减少、不能正常分化或者去分化,引起肿瘤的形成。

    具有癌基因功能的miRNA 的过表达也将导致肿瘤发生。在这种情形下,在异常组织或是不适当的发育阶段这些miRNA 的表达增加,可能导致其靶基因(抑癌基因)的表达下降,引起肿瘤形成。miRNA 的表达增加,可能是由于miRNA 基因的扩增,持续性的启动子活性,miRNA 加工的效率增高,或是miRNA 的稳定性提高。

 

    其他的研究也表明,miRNAs 的表达下调和肿瘤发生有密切关系。例如,mir-143 和mir-145 在结肠癌中明显下调。有趣的是,其发夹结构的前体分子在肿瘤和正常组织中含量相似,这表明,可能是由于其加工过程受到破坏。但是,mir-143 和mir-145 的肿瘤抑制基因功能可能不仅仅局限于结肠癌,在乳腺癌、前列腺癌、子宫癌、淋巴癌等细胞系中其表达量也明显下调。另一个报道表明,miR-21 在胶质母细胞瘤中表达增加。这个基因在肿瘤组织中表达量比正常组织高5-100 倍。反义核酸的研究发现这个miRNA 通过抑制凋亡而并非影响细胞增殖控制细胞生长,这预示着这个miRNA 具有癌基因的功能。一项独立研究,利用芯片来检测肿瘤和正常组织的245 个miRNAs 的表达水平,也发现胶质母细胞瘤中miR-21 表达升高。但是,由于mir-21 不是一个大脑特异性的基因,在乳腺癌样品中表达也有增加,这个基因可能在肿瘤发生中起到广泛的作用。需要多项研究来证明这些miRNAs对于肿瘤发生时具有直接的作用还是仅仅在肿瘤中受到了异常的调节。

 

let-7 家族负调控Ras
    由let-7 家族编码的miRNAs 是第一个被发现的可以调节癌基因Ras 基因表达的oncomirs。Ras 蛋白是一个膜相关的GTPase信号蛋白,调节细胞生长、分化。大约有15-30%的人类肿瘤都含有Ras 突变,而激活的突变导致这个蛋白表达上升可以引起细胞转化。因此,一个能够调节这些潜在的癌基因表达的miRNA,可以控制细胞的增殖速度。在人类基因组中存在12 个由let-7 同源基因家族编码的miRNAs,可能起到抑癌基因的作用。研究还发现其与肺癌、乳腺癌、子宫癌等有关的脆性位点有联系。更直接的证据是,Takamizawa等发现人的肺癌中的let-7 同源物的表达显著减少,并且这导致更差的预后。这些研究进一步说明let-7 可以用于诊断,因为非小细胞肺癌病人的let-7 表达水平越低,其预后越差,术后生存期越短。体外组织培养实验表明,在人的肺癌细胞中瞬时的增加let-7 可以抑制细胞的增殖,这也说明let-7 在肺组织中可能是一个抑癌基因。因此,可以考虑使用let-7 来治疗肺癌。

    线虫实验为研究let-7 家族如何控制细胞的增殖提供了线索。特定的let-7 家族成员与Ras 具有遗传学上的相互作用,并且其表达是此消彼长的。此外,Ras 的3’非翻译区域具有多个let-7 家族的互补结合位点。我们也证明了在人类细胞中let-7 负调控Ras。在人的肿瘤细胞中过表达let-7 导致Ras 表达下降。而减少let-7 的表达,会导致Ras 蛋白明显增加。我们还发现let-7 通过3’非翻译区域直接抑制了Ras 表达。含有Ras3’UTR 报告基因载体在翻译水平上受到了let-7 的抑制,而let-7 的抑制剂可以逆转这一作用。而且,对比人类肺癌和癌旁正常组织的let-7 和Ras 表达水平,发现其表达是相反的:let-7 同源基因在肿瘤中表达下降,而Ras 表达增加。

    综上以上情况,这些研究表明,let-7 对于Ras 激活的肺癌可能是一个有前途治疗药物。并且,let-7 的表达下降可能是肺癌特有的。对于21 个不同肿瘤病人分析表明,12 个肺癌病人的肺癌样品中的let-7 表达均显著降低,而在其他肿瘤病人中只有零星的降低。此外,167 个miRNAs 的表达谱芯片研究表明,肺癌中的大多数miRNAs 基因表达并没有发生改
变。

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康成生物供稿

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