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MiRNA/miRNA*双链在植物miRNA加工中的作用原理

已有 95 次阅读 2024-7-10 09:27 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

MiRNA/miRNA*双链在植物miRNA加工中的作用原理

小RNA是植物基因表达的重要调控因子。其中，miRNA是一类至关重要的基因，它们被精确地从折叠前体中切除，在植物基因的转录后调节中起着关键作用。进化上保守的miRNA在调控植物发育的转录因子、激素信号、小RNA通路和对营养缺乏的反应等多种植物过程中发挥着重要作用。miRNA最初被RNA聚合酶II转录为更长的转录脚本，被称为初级miRNA (pri-miRNA)，它们被盖住，聚腺苷化，偶尔被剪接。在细胞核中，III型核糖核酸酶DCL1主要由HYPONASTIC LEA VES1 (HYL1)和SERRATE (SE)辅助，处理在初级转录物中发现的茎环前体。这个DCL1复合体切割前体，释放两条配对的RNA链，大约有21个核苷酸(nt)，其中一条链被整合到ARGONA UTE (AGO)蛋白中，在植物中通常是AGO1，以调控miRNA靶标。许多蛋白质参与了miRNA生物发生的所有步骤，包括miRNA基因转录、pri-miRNA稳定、加工，以及DCL1、SE和HYL1活性的精确调控，这凸显了该途径的复杂性。

MiRNA前体是多种结构和长度的集合，DCL1复合体对它们的识别和加工可能通过多种机制展开。前体可以通过两次DCL1切割(两步MIRNA)或三次或四次连续切割来加工（图1）。这些切割产生几个小RNA双链，生物相关的小RNA在最后两次切割(连续MIRNA)中被释放。miRNA前体含有一个双链RNA (dsRNA)片段，它可以位于miRNA/miRNA*区域的下方或上方，并决定DCL1第一次切割的位置，从而决定加工方向（分别从基到环或从环到基）。在第一次切割后，DCL1产生约21 nt的后续切割，释放miRNA/miRNA*。

图1 miRNA切割类型

对前体原生结构的研究表明，富含GC的序列特征有利于它们的加工。此外，最近研究表明，具有不完美折叠的miRNA前体中的错配身份在其加工过程中起作用。值得注意的是，C-C错配严重破坏了前体加工，这意味着在植物miRNA前体的结构和功能分析中应该避免这对配对。最后，一些报道描述了miRNA/miRNA*结构在AGO分选中的重要性。AGO1和AGO2都在第15位装载碱基配对的miRNA双链，然而miRNA/miRNA*的第11位的配对或解配对会导致AGO2或AGO1的差异负载。其他的AGO只结合一个miRNA，例如AGO7通过识别第11位的5-A和G^∧a错配来加载miR390双链，而AGO10由于在双链的第12位和第13位周围存在广泛的错配而选择性加载miR165/166。

在这里，Rosatti等人重点了解miRNA/miRNA*双链区在拟南芥miRNA前体加工中的意义。研究结果表明，这种双链结构起着至关重要的作用，尽管根据前体的加工机制有不同的要求。有趣的是，大多数内源性miRNA前体都经历了次优加工，这种情况可以通过调整两步miRNA中miRNA/miRNA*区域的能量水平来改善。然而，连续miRNA具有不同的miRNA/miRNA*要求。DCL1在最后两次切割中产生的miRNA/miRNA*是序列前体中最稳定的双链。相比之下，其他小RNA在其中心区域有几个未配对的碱基，导致相互作用能量低和最终水平降低的双链。此外，作者们还发现加工miRNA的miRNA/miRNA*双链区与进化过程中的序列保守性有关。

参考文献

[1] Rosatti S, Rojas AML, Moro B, et al. Principles of miRNA/miRNA* function in plant MIRNA processing. Nucleic Acids Res. 2024. doi:10.1093/nar/gkae458

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1. 分子生物标志物数据库MarkerDB

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3. 细胞发育轨迹数据库CellTracer

4. 人类细胞互作数据库：CITEdb

5. EMT标记物数据库：EMTome

6. EMT基因数据库：dbEMT

7. EMT基因调控数据库：EMTRegulome

8. RNA与疾病关系数据库：RNADisease v4.0

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