p53与miRNA

2021年1月21日发(作者：曹刚川)
P53
信号通路中另一个重要成员――miRNA


人们在最近几项研究中发现了一个保守的
miRNA
家族
――miR
-34< br>家族。
miR-34
家族是
p53
直接的转录靶标。
miR- 34
的激活可以诱导细胞周期停滞和细
胞凋亡，这些都是
p53
的活性效应。 此外，
miR-34
的缺失会减少
p53
介导的细
胞死亡。
上述发现再一次告诉我们：
miRNA
是肿瘤抑制网络中的核心角色之一，
非编码RNA
同样是肿瘤发生过程中的关键分子。


过去数十年 里对
p53
的深入研究使我们了解到，
p53
在负责调节多种与癌症
相关应激状态的生理应答的复杂分子网络中，
处于核心地位
[1,2]
。
直至 最近几年，
人们仍然认为，
p53
网络完全由蛋白质编码基因构成，
这些基因 包括上游启动
p53
活性的基因、下游介导
p53
效应的基因以及组成调节性 反馈环的基因。



新近的几项研究中，人们发现了一种组成
p53
网络的
“
新面孔
”――miR
-34
，它是一种
miRNA
。这是研究人员第一次发现在关键性的肿瘤抑制通路中，还存
在蛋白质与非编码
RNA
的相互作用
[3~7]
。
miRNA
是一类介导特异靶向
mRNA
发生转录后沉默的小分子调节
RNA
。
miR-34
家族中在进化上相当保守的
miRNA
可以直接在
p53诱导下对
DNA
损伤及肿瘤发生做出应答
[3~7]
。研究人员发现，< br>异位表达的
miR-34
可以产生与
p53
相同的生物学效应，如诱导 细胞生长停滞及
细胞凋亡，
miR-34
则是通过减少促增殖基因及抗凋亡基因的表达 来发挥上述作
用的
[3~7]
。以上研究结果表明，
miRNA――
或者从更广泛的角度来讲
――
非编
码
RNA
是癌基因及肿瘤抑制网络 中的重要分子，这是通过最近的研究发现才认
识到的。
癌症中的
miRNA

人们首次在线虫中发现
miRNA
，
它们是小的非编
码
RN A
，在幼虫发育的时间选择方面具有重要作用。随后，几乎在所有多细胞
生物中都发现了大量< br>miRNA
。大部分动物
miRNA
具有相同的生成和作用机制
（图< br>
1
）。通常在经过接连两次的加工处理后，形成由
18
～
2 2
个核苷酸组成的
成熟的
miRNA
，这些
miRNA
是由 其具有茎环结构的前体剪接而来
[8,9]
。然后，
这些成熟的
miRNA< br>便会与
RISC
结合，
从而介导特异
mRNA
靶标的转录后基 因
沉默
[8,9]
。
miRNA
主要通过不完全的碱基配对来识别靶 标，其中
miRNA 5′
端的
序列在靶向识别中具有关键作用，
5′
端的序列因此被命名为
“seed”[10]
。由于
miRNA
的靶标识别 以不完全配对为基础，
这种特性使得
miRNA
具有对多种基因
表达进行调节 的能力。
也正是由于主导
miRNA
进行识别的
seed
序列在许多 基因
中都存在，使得单独分析基因序列难以深入研究生理性相关
miRNA
靶标之间的
关系。




















图

1 miRNA
的生成及转录后沉默模式图


新生
miRNA
基因转录产物首先经过微处理器复合物处理后形成茎环结构
的
miRNA
前体，之后在
Dicer
酶处理下形成成熟的
miRNA
双链结构，这种结
构通常以不完全配对形式与靶标结合。
miRNA
双链中的 一条链与
RISC
结合，
通过不完全碱基配对识别靶标，并诱导转录后基因沉默。针对 这样的调节模式，
已经出现了若干机制：
miRNA
可以通过脱腺苷化阻遏翻译起始或 降解靶标
mRNA
，又或者使靶标基因形成胞质中的
P body
。


miRNA
的前体通常是
RNA
聚合酶
II
的作用产物。
和蛋白质编码基因一样，
miRNA
也具有复杂的组织特 异性表达的模式，而且对多种靶标具有不同的调节
能力，
从而可对许多生长发育过程中的关键步 骤及生理功能进行调控
[8,9]
。
由此，
miRNA
对许多生理过 程会产生重要影响，
如细胞增殖
[11]
、
细胞凋亡、
应激应答、< br>干细胞分化潜能的维持以及新陈代谢等，
而这些生理过程往往会在细胞发生恶性
转化的过 程中受到干扰。从
miRNA
的表达模式
[12,13]
、循环扩增以及肿瘤 中
miRNA
基因的缺失
[14,15]
，
都可以推断出
m iRNA
与癌症之间的关联。
已有研究
人员利用小鼠模型和培养的肿瘤细胞对
miRNA
在肿瘤发生及发展中的功能予以
了功能性证实。一些
miRNA
确 实是癌基因和肿瘤抑制网络中的组成部分。
miR-17-92
聚体
[16~18]< br>、
miR-372-373[19]
及
miR-155/BIC[20]
都被认为是
B
细胞
淋巴瘤和睾丸癌的促癌基因。另一方面，研究者发现许多
CLL
患者缺失
miR-15-16[21]
。

< br>更重要的是，
来自蛋白表达研究及功能研究的结果表明，
let-7
在多种癌症 中
具有强大的肿瘤抑制作用
[22,23]
，这可能与它对癌关键基因，如
R as
和
HMGA2
的抑制功能有关。
除了上述所提到的在肿瘤发生及发展过程 中具有关键作用的一
些
miRNA
之外，
miRNA
表达模式的完全 改变是肿瘤细胞的共同特征
[13,24]
。
通
常而言，与发生分化了的细胞 类型有关的
miRNA
在肿瘤细胞中的表达减少，而
那些在早期发育及干细胞中便有所 表达的
miRNA
却保留下来
[24,25]
。与此现象
一致的是， 人们发现癌细胞中
miRNA
生成机制中的关键组分的抑制作用会促进
细胞转化的发生 ，这一现象在体内及体外试验中都已得到证实
[26]
。


miRNA
通路在肿瘤发生过程中到底在多大程度上起着抑制肿瘤生成的作用
仍然有待 研究。
然而，
可以确定的是这个家族的基因的确参与了调节细胞转化的
过程。而且，通 过用已知功能的癌基因或肿瘤抑制因子去替代
miRNA
，已经开
始逐步解开
miRNA
神秘通路之谜了。

P53
调节的
miRNA
的鉴别

最近，有< br>5
个相互独立的研究小组相继发现并报
道了
miRNA
在肿瘤抑制网络 中的作用，他们的发现将
miR-34
家族与
p53
联系
起来
[3~7]
。一直以来，
p53
网络扮演着多种癌症相关应激信号的感应器的角色，
这些信号包括
DNA
损伤、端粒酶缺失、癌基因激活、细胞因子信号亢进及缺氧
等
[2]
。这些信号可以通过
p53
的序列特异性转录调节功能，启动细胞 增殖、细
胞死亡、
DNA
修复、血管生成等生理过程。尽管在过去的三十年间，研究人 员
一直致力于探讨
p53
下游靶标分子与具体的生物学效应之间的关系，
但仍 然存在
许多尚未解答的谜团。例如，有研究表明，
p53
可以通过还没有被完全阐明的 机
制抑制靶标基因
[27,28]
。此外，对
p53
调控的蛋白编码 基因的遗传学研究，也还
没有能够为我们完整展示这些靶标的调控如何最终产生
p53
激活后我们所观察
到的生物学效应，比如
G1
细胞周期停滞或细胞凋亡等，这些现象可 在所有组织
中发生
[29]
。考虑到
p53
激活后，
miR NA
的表达被激活，我们可以推论非编码
RNA
有可能对
p53
的功 能效应具有重要作用。因此，多位科学家开始努力寻找
p53
和
miRNA
之 间的联系，也因而最终发现了一个令人兴奋的结果：
miR-34
正
是
p53
的直接转录靶标，具有调控细胞增殖和死亡的功能
[3~7]
。


大部分相关研究集中于对
miRNA
表达情况的全面研究，以及与
p53水平相
关的表达模式的研究。
He
等人在野生型和
p53
缺失型 小鼠胚胎成纤维细胞
（
MEFs
）
中研究了
miRNA
的功 能，
这些
MEFs
中同时包含多种额外的癌基因损
伤
[5]
。
Raver-Shapira
等人对携带有

温度敏感性
TP 53
等位基因的肺癌细胞株进
行了相关研究
[6]
。
Chang等人则发现在遗传物质被破坏的压力下，会出现
p53
依赖性的
miRNA
表达增加
[4]
。
此外，
Tarasov
等人采用可被四环素诱导 的
TP
等
位基因筛选
p53
调控的
miRNA[7]
。而
Bommer
等人则利用生物信息学方法，分
析了先前一项全基因组
p 53
染色质免疫共沉淀（
ChIP
）的研究
[30]
。结果发现，< br>所有推定的
p53
结合位点都位于蛋白质编码基因附近
[3,30]
。
综合上述研究结果，
miR-34
家族成员是
p53
调控的
miRNA
中的主要组成成员。


人们最初在在线虫（
Caenorhabditis elegans
）中发现
mir-34
，它负责编码进
化上十分保守的
miRNA
，在若干类无脊椎 动物内仅存在一种它的直系同源物。
脊椎动物中，
mir-34
家族由三个同源
miRNA
分子组成
――mir
-34a
、
mir-34b
和
mir-34c
。成熟的
mir-34a
序列位于其非编码宿主基因的第 二个外显子内，距离其
上游的第一个外显子约
30kb
。
推论的
p5 3
结合位点就位于第一个外显子中
[3~7]
。
mir-34b
和< br>mir-34c
位于同一个非编码前体
（
mir-34b/c
）
中，
其转录起始位点在推
论的
p53
结合位点附近
[3,5]。
上述两个
p53
结合位点在进化上都相当保守，
且与
p53< br>调控的蛋白质编码靶标一致
[30]
。


为了 证实
miR-34
家族的
miRNA
受到
p53
的调控，研 究人员进行了更为深
入的研究，
并采用了体内和体外实验。
来自外界的压力和生理学应 激都可以诱导
miR-34
在多种培养细胞中及动物组织内以
p53
依赖的方 式进行表达。
miR-34
在
p53
调控下的诱导表达并不依赖新蛋白的合成
[6]
，而是依赖其启动子区域的
p53