疾病关联的microRNA预测综述

疾病关联的疾病关联的 microRNAmicroRNA 预测综述预测综述 摘要摘要 microRNA(miRNA)是一类长度约为 22nt(核苷酸)的内源非编码 RNA， 在动植物许多重要的生 命过程中起着关键的调控作用， 并且与肿瘤等多种疾病的发生发展密切相关。 生物信息学在 miRNA 的研究中起到了重要作用， 极大地推动了该领域的迅速发展。 本文首先对 miRNA 的功 能， miRNA 与疾病的关系进行了简要的介绍，着重阐述了目前疾病关联的microRNA 预测的 一些方法，并进行了简要的分析， 最后总结了这个领域目前存在的一些问题， 为以后的研究 和学习奠定基础。 关键字：microRNA,非编码 RNA，疾病 AbstractAbstract MicroRNAs (miRNAs) are a set of short (about 22 nucleotides) non-coding RNAs that play significant regulatory roles in various biological processes of animals and plants. Furthermore, accumulating evidence indicates miRNAs are associated with various human diseases. The application of bioinatics in miRNA research greatly promotes the development of this cutting-edge area of current biology. First, we briefly introduce miRNA and its functions. Then we focus on the prediction s for disease-related miRNA .Finally,, we conclude the challenges exist in this field to lay the foundation for future study. Keywords:Keywords: microRNA, no coding RNA, diseasemicroRNA, no coding RNA, disease 引言引言 RNA(核糖核酸)是在动植物、微生物、病毒中普遍存在的重要分子之一，具有多种重要的生 物功能。在生物体内除了有 mRNA、tRNA、rRNA 等编码 RNA 之外，还有许多非编码 RNA， 包括 microRNA、siRNA、snoRNA 等。MicroRNA(miRNA，微小 RNA)是近年来新发现的一类非 编码 RNA，它过与靶标 mRNA(信使 RNA)的序列互补来对其表达进行调控[1]。通常与 mRNA 的 3’不翻译区中特定序列结合， 诱导靶标 mRNA 剪切或者抑制其翻译。 研究表明 miRNA 参 与了细胞分化、细胞增殖、细胞凋亡、器官形成、造血过程等一系列重要的生命过程，并且 miRNA 与肿瘤等多种人类疾病的发生发展密切相关[2,3]. 通过生物实验发现 miRNA 的方法能够准确、可靠的识别 miRNA，然而该方法的效率很低并 且花销很大，很难发现只在特定组织中表达或在不同时期表达的miRNA。通过计算机等信息 手段预测 miRNA 的方法，则不受 miRNA 表达时间、组织特异性及表达水平的影响， 能够为 后续生物实验提供可靠的 miRNA 候选[4,5]。识别与疾病关联的 miRNA 的生物实验方法主要 有微阵列基因表达数据分析和 qRT-PCR 实验。其中，微阵列方法是一种高通量技术，能够 检测 miRNA 在疾病样本和正常样本中的差异表达。然而 miRNA 短序列不同的溶解温度和 miRNA 家族中多个 miRNA 序列间的高度一致性，常常导致微阵列结果的假阳性；同时，探 针的设计也较大的增加了该技术的成本[6-8]。 计算预测 miRNA 与特定疾病的关联， 可以弥 补实验方法的不足，能够系统的预测与人类疾病关联的 miRNA 候选[9-12]。越来越多的研 究表明， 一个复杂疾病通常经由多个 miRNA 协同调控， 一个 miRNA 则通常参与多个疾病的 发生发展过程，因此 miRNA 与疾病之间的关系错综复杂。针对现有实验数据，使用计算机 技术系统预测可能与特定疾病关联的 miRNA，能够为生物实验提供可靠的 miRNA 候选，从 而提高疾病关联 miRNA 识别的成功率，推动人类疾病治疗和基因制药的发展。本文主要对 疾病关联 miRNA 预测领域的一些预测方法进行了回顾，分析，总结了目前方法存在的不足， 为疾病关联的 miRNA 预测的学习和研究提供一些参考。 miRNAmiRNA 和和 miRNAmiRNA 功能功能 microRNA (miRNA) 是一类长度为~22nt 的内源性非编码 RNA ，它通过序列互补配对的方式 对靶标 mRNA 的表达进行调控。但因为 miRNA 的序列长度很短，且只在特定组织细胞或者 细胞的特定阶段才进行表达， 一直未能被人们所熟知， 以至于被人们称作是生命中的 “暗物 质” 。直到 1993 年 Lee 等才在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中找到了第一个 miRNA 基因 lin-4[13]。然而，miRNA 虽小，其作用却不小。研究表明生物体的诸如发育， 造血[14]，器官形成[15]，细胞增殖及其凋亡等生命过程都有 miNRA 的参与，并且许多疾 病的发生和发展都被证明与 miRNA 的非正常表达息息相关。 miRNA 发挥作用主要是通过抑制目标 mRNA 的翻译水平或直接将其降解。由于植物中的 miRNA 与目标 mRNA 匹配良好， 大都直接通过直接降解达到抑制表达的作用。 而动物 miRNA 的作用过程就要复杂的多，除了极少部分的直接降解，其他大部分的动物 miRNA 只会与目 标 mRNA 的 UTR 区进行互补配对，降低 mRNA 的翻译水平，从而达到抑制基因表达的作用 [16-18]。而在这个互补配对过程中，所谓的种子区域，即 miRNA5’端 2-7nt 位置的碱基 在进化上相对保守，基本与目标 mRNA3’端不翻译区完全匹配， 而其他位点的结合水平会影 响 RISC 的抑制程度。但即使降低其翻译水平，一些 mRNA 的降解水平也有明显加快。目前 在人类中已经发现了 500 多种 miRNA，而将近 30%的基因表达都被发现受到 miRNA 的作 用。 miRNAmiRNA 与疾病的关系与疾病的关系 由于发现 miRNA 越来越重要的生理作用，人们将越来越多的经历投入到其与人类自身相关 的领域中去。miRNA 被猜测与众多例如肿瘤等多种疾病的发生具有重要关联， 研究表明，人 类 186 条基因中的 98 条位于与肿瘤相关或附近的基因区域， 而且随着近年来的研究发现， 生成 miRNA 基因与癌症[19]、X 染色体缺陷[20]、狄乔治综