写在前面

在前面介绍中（miRNA是何方神圣？），我们已经知道，miRNA和靶基因mRNA通过碱基互补配对原则来完成剪切、抑制翻译和蛋白质降解过程，在调控发育过程中有重要调节功能。那么，在计算机角度，如何识别miRNA靶基因呢？

01

—

基于序列数据识别miRNA靶基因

这个类别的相关方法，例如TargetScan（http://www.targetscan.org/vert_72/）和PicTar（https://pictar.mdc-berlin.de/），输入数据都为miRNA和靶基因mRNA序列。整体而言，他们都依据序列间的碱基互补配对原则，具体而言，这些方法遵循的原则主要有：

i）miRNA的“种子区”与mRNA的3′UTR序列碱基互补；

ii）靶标3′UTR位点在多物种间呈现序列保守性；

iii）考虑miRNA与靶基因mRNA形成的双链结构动力学和热力学特性；

iv）考虑靶基因二级结构和靶点外的序列对靶基因预测的影响。

植物miRNA与靶基因呈现完全互补配对，然而动物miRNA与靶基因呈现不完全互补配对。因此，这种不完全互补配对成为动物miRNA靶标预测的难点。

02

—

基于表达数据识别miRNA靶基因

这个类别的相关方法，比较经典的是基于贝叶斯网络的GenMiR++方法，输入数据都为miRNA和靶基因mRNA表达谱数据。由于miRNA一般负调控靶基因mRNA，因此许多相关关系（例如Pearson和Spearman）方法都只保留miRNA与靶基因mRNA显著性负相关的miRNA-mRNA互作对。其他方法还有回归分析方法（例如Lasso）和因果推理方法（例如IDA）等。

03

—

基于多种数据识别miRNA靶基因

这个类别的相关方法，输入数据至少包含miRNA和靶基因mRNA序列， miRNA和靶基因mRNA表达谱数据，以及蛋白质互作数据和功能注释信息等。基本的考虑是：多种异构数据源有利于提高miRNA靶基因预测精度。事实证明也的确提高了miRNA靶基因预测精度。

后话

目前，miRNA靶基因识别方法有很多，有人还将miRNA靶基因识别方法进行了层次聚类（如图1）。这些方法主要分为四大类，部分方法归属于2个类别。那么，如何选择合适的miRNA靶基因识别方法呢？

图1 miRNA靶基因识别方法层次聚类分析（https://www.ccb.uni-saarland.de/mtguide）

参考文献：

[1] Agarwal V, Bell GW, Nam JW, Bartel DP. Predicting effective microRNA target sites in mammalian mRNAs. Elife. 2015;4:e05005. Published 2015 Aug 12. doi:10.7554/eLife.05005

[2] Krek A, Grün D, Poy MN, et al. Combinatorial microRNA target predictions. Nat Genet. 2005;37(5):495-500. doi:10.1038/ng1536

[3] Huang JC, Babak T, Corson TW, et al. Using expression profiling data to identify human microRNA targets. Nat Methods. 2007;4(12):1045-1049. doi:10.1038/nmeth1130

[4] Le TD, Zhang J, Liu L, Li J. Ensemble Methods for MiRNA Target Prediction from Expression Data. PLoS One. 2015;10(6):e0131627. Published 2015 Jun 26. doi:10.1371/journal.pone.0131627

[5] Kern F, Backes C, Hirsch P, et al. What's the target: understanding two decades of in silico microRNA-target prediction. Brief Bioinform. 2020;21(6):1999-2010. doi:10.1093/bib/bbz111

更多背景知识如下：

1. ​miRNA是何方神圣？

2. ​What？植物miRNA能够调控动物靶基因？

3. miRNA也走非主流路线！

4. Tools4miRs：只为miRNA分析

5. miRNA序列与表达谱数据库

6. miRNA有个DIANA系列

7. miRNA富集分析之miRPath

8. miRNA富集分析之TAM

9. miRNA富集分析之miEAA

10. miRNA富集分析之clusterProfiler

号外，ceRNA可是miRNA介导的哦。为了便于交流，我们为miRNA介导的ceRNA研究在Frontiers in Molecular Biosciences杂志（ 2020_IF = 5.246）整了个专刊，主题为“Computational Identification of ceRNA Regulation”。投稿链接：https://www.frontiersin.org/research-topics/24340/。