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基因组研究。2004年10月;14(10a):1902-1910年。
数字对象标识:10.1101/克2722704
预防性维修识别码:PMC524413型
PMID:15364901

哺乳动物microRNA宿主基因和转录单位的鉴定

摘要

为了对哺乳动物中microRNAs(miRNAs)的转录形成一个全球视角,我们注释了这类非编码RNA(ncRNAs。在已知的232个哺乳动物miRNAs中,我们发现161个与123个定义的转录单位(TU)重叠。我们在90个具有广泛分子功能的蛋白编码基因的内含子中以及66个mRNA-like非编码RNA(mlncRNAs)的内含子和外显子中鉴定了miRNAs。此外,还鉴定了基于宿主基因身份的miRNAs新家族。所有miRNA宿主基因的转录模式都是从各种来源获得的,说明了miRNA表达的空间、时间和生理调节。这些发现强烈表明,miRNAs与其宿主转录物并行转录,这里确定的两种不同的miRNAs-转录类别(“外显子”和“内含子”)可能需要稍微不同的生物发生机制。

MicroRNAs(miRNAs)是一类进化上保守的大类非编码RNA(ncRNAs,noncoding-RNA),长18-22个核苷酸,介导基因转录后沉默。miRNAs最早发现于秀丽隐杆线虫带有的标识林-4let-7miRNA基因,通过与靶基因3′非翻译区(UTR)的反义结合,充当靶基因的转录后阻遏物;有关综述,请参阅安布罗斯2000). 此后不久,在蠕虫、苍蝇、植物和脊椎动物中发现了数百种其他miRNA(有关综述,请参阅卡林顿和安布罗斯2003;巴特尔2004). 快速的进展已经开始揭示miRNAs在发育和其他生物过程中的遗传作用。例如,在秀丽线虫,let-7线-4miRNAs作为异慢性基因发挥作用,其中任何一种的突变都会破坏细胞命运的正确规范(安布罗斯2000). 果蝇属,基因突变miR-14型导致正常细胞死亡模式的中断以及脂肪代谢缺陷(Xu等人,2003年). 在哺乳动物中,已从大量组织和细胞类型中鉴定出约230个miRNAs(Lagos-Quintana等人。2001,2002,2003;Mouralatos等人,2002年;Dostie等人,2003年;Houbavey等人,2003年;Lim等人,2003年;Michael等人,2003年;Kim等人,2004年).

目前的miRNA生物发生和成熟模型表明,miRNA的分区逐步加工首先发生在细胞核中,然后发生在细胞质中。主流观点认为,miRNAs(pri-miRNAs)的初级转录物在细胞核中由RNase III酶Drosha处理成干环中间产物,称为前miRNAs(Lee等人,2003年). 然后,这些前miRNAs被Dicer转运至细胞质进行分裂,并成熟为其活性形式(Lee等人,2003年). 虽然Northern blot分析已检测到少数miRNAs的22-、75-nt RNA以及更长的pri-miRNA转录物,但产生绝大多数miRNAss的转录单位(TU)或基因宿主尚未进行详细研究。

在本研究中,我们开始通过注释哺乳动物miRNAs在人类和小鼠基因组中的位置来确定其转录模式。我们发现,超过一半的已知哺乳动物miRNAs位于蛋白编码或非编码TUs的内含子内,而~10%由长非蛋白编码转录物的外显子编码,也称为mRNA-like noncoding RNAs(mlncRNAs;Erdmann等人,2000年). 我们的注释阐明了miRNA的转录模式,并允许识别miRNA的“内含子”和“外显子”转录类。我们整理了定义明确的microRNA宿主基因的表达模式,以说明microRNA在广泛生物背景下的可能表达模式。

结果和讨论

miRNA注册包含232个哺乳动物miRNA(http://www.sanger.ac.uk/Software/Rfam/mirna/;Griffiths-Jones 2004年). 其中我们鉴定了117个位于蛋白编码基因内含子或长ncRNA转录物中的miRNAs(表1,补充表A、B)。大约40%(90)的miRNA位于蛋白编码基因的内含子内,而~10%(27)位于长ncRNA转录物的内含子中(表1). 有趣的是,30个miRNAs与ncRNAs的外显子重叠(补充表C)。在某些情况下(14),miRNAs位于外显子或内含子(“混合”),这取决于宿主转录本的选择性剪接(表1,补充表D)。当miRNA簇与单个宿主转录物重叠时,绝大多数miRNA位于同一内含子或外显子(补充表a-D)。此外,32个miRNAs与相反DNA链上转录的两个或多个TU重叠(补充表A-D)。这一观察表明,miRNAs通常与复杂的转录位点相关。其余70个miRNAs的转录起源尚不明确,因此没有进一步分析。总之,共有161个miRNAs与mRNAs或ncRNAs的转录相关。基于这些观察结果,我们建议将miRNAs分为外显子(外显子衍生)miRNA或内含子(内含子衍生)micRNAs。

表1。

哺乳动物miRNAs在宿主转录物内含子和外显子中的分布

给出的数字代表与人类或小鼠基因组中转录物重叠的miRNAs总数(见方法)。为了进行比较,转录物内含子中的miRNA根据宿主基因的性质(蛋白质编码vs.ncRNA)进行分离。九种“混合”miRNAs转录于交替剪接的mlncRNA宿主的内含子或外显子中,其余与蛋白质编码宿主基因以及交替剪接转录物的mlncRNAs相关。星号(*)表示仅来自mlncRNA转录物的混合miRNA的数量。

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蛋白质编码miRNA宿主基因的部分列表如所示表2这些miRNA宿主基因编码的蛋白质具有广泛的生物学作用,从胚胎发育到细胞周期和生理学(补充表a、D)。为了对miRNA可能用于其转录的蛋白质编码基因类别进行展望,我们调查了所有miRNA宿主基因的基因本体论(GO)分类(2001年基因本体联盟;http://www.geneontology.org/). GO注释miRNA基因宿主最常见的两种“生物过程”分类是“代谢”(GO:0008152;19/90;21%),其次是“细胞生理过程”蛋白质(GO:00050875;14/90;16%),最常见的GO“分子功能是“嘌呤核苷酸结合”(GO:0017076;8/90;9%)和“DNA结合”(GO:0003677;第7页,共90页;8%)。比较miRNA宿主基因最常见的GO分类和带有GO注释的哺乳动物基因的整个集合,并没有发现这些类别基因的不成比例表示(数据未显示)。我们还注意到,与人类疾病有关的几个基因是miRNAs的宿主。例如,无义、剪接、移码或缺失突变氯化物通道蛋白5(CLCN5公司)基因导致人类患者中的X连锁隐性疾病——牙本质病和肾结石(OMIM:30008;山本等人,2000). CLCN5公司-编码的miR-188尚未在该疾病中进行研究。

表2。

蛋白质编码基因内含子中的miRNAs

微小核糖核酸小鼠宿主基因IDb人类宿主基因IDb宿主基因蛋白质描述c(c)miRNA位置d日
miR-7-3(miR-7b)ENSG00000176840号机组垂体特异因子1A。[来源:RefSeq;科目:NM_174947]内含子2
miR-10b型ENSMUSG00000038692号ENSG00000170166号机组同源盒蛋白HOX-D4(HOX-4B)(HOX-5.1)(HHO.C13)。{来源:SWISS-PROT(P09016号)]内含子4
miR-15b,-16-2ENSMUSG00000034349号工程量00000113810染色体4-样1蛋白(染色体相关多肽C)(HCAP-C)的结构维持(XCAP-C同源)。SMC4L1[来源:SWISS-PROT;账号:问题9NTJ3]内含子4
miR-25、-93、-106b埃及镑00000029730OTTHUMG0000023308/ENSG00000166508DNA复制许可因子MCM7(CDC47同源)(P1.1-MCM3)。[来源:SWISS-PROT;账号:P33993页]内含子13
miR-30c-1和-30eENSMUSG00000032897号ENSG00000066136号核转录因子Y亚单位γ(NF-Y蛋白链C)(核因子YC)(NF-YC)。NFYC[来源:SWISS-PROT;会计:问题13952]内含子5
miR-33型ENSMUSG00000022463号OTTHUMG00000030492/ENSG00000100152甾体调节元件结合蛋白-2(SREBP-2)(甾体调控元件结合转录因子2)。SREBF2[来源:SWISS-PROT;账号:问题12772]内含子15(16)
miR-101-2(miR-101b)ENSMUSG00000024785号OTTHUMG0000019474/ENSG00000120158RNA 3′-末端磷酸环化酶样蛋白(HSPC338),RCL1_HUMAN[来源:SWISS-PROT;Acc:Q9Y2P8型]内含子8
miR-126、126*恩斯穆斯00000026921OTTHUMG000000938/ENSG00000172889类EGF域7;NEU1蛋白,NOTCH4样蛋白(血管内皮锌指1)[来源:RefSeq;Acc:NM_178444]内含子6(7)
miR-128bENSMUSG0000032503号机组ENSG0000076062号机组营地调节蛋白21(ARPP-21)(瑞士蛋白:AP21_HUMAN)内含子11(17)
miR-139ENSMUSG00000030653号ENSG00000186642号机组CGMP依赖的3′,5′-环磷酸酯酶(EC 3.1.4.17)(环GMP刺激的磷酸酯酶)(CGS-PDE),PDE2A[来源:SWISS-PROT;Acc:O00408号]简介2(1)
miR-140型ENSMUSG00000031930号ENSG00000088481号NEDD-4-样泛素-蛋白连接酶WWP2(酶代码EC6.3.2.-)(WW域含蛋白2)(ATROPIN-1相互作用蛋白2)。WWP_2HUMAN[来源:SWISS-PROT;账号:O00308号]内含子15(16)
miR-149型ENSMUSG00000034220号ENSG0000063660号机组GLYPICAN-1前体,GPC1[来源:SWISS-PROT;Acc:第35052页]内含子1
miR-151型ENSMUSG00000022607号ENSG00000169398号焦点粘附激酶1(酶代码EC2.7.1.112)(FADK 1)(PP125FAK)(蛋白酪氨酸激酶2)。FAK1[来源:SWISS-PROT(Q05397问题)]内含子19(25)
miR-188ENSMUSG00000004317ENSG00000171365号机组氯通道蛋白5(CLC-5),CLCN5[来源:SWISS-PROT;Acc:第51795页]内含子3(2)
miR-190型ENSMUSG00000035702号ENSG0000017194号机组塔林2。TLN 2[来源:SWISS-PROT;账号:Q9Y4G6型]简介51(27)
miR-207(未找到人类miR-208)ENSMUSG00000028410号DNAJ同源亚家族A成员1(热休克40 KDA蛋白4)(DNAJ蛋白同源2)(HSJ-2),DJA1_MOUSE[来源:SWISS-PROT;Acc:第54102页]内含子1
miR-208型ENSMUSG00000040752号OTTHUMG0000028753/ENSG00000166094肌球蛋白重链,心肌α同工酶(MYHC-ALPHA),MYH6[来源:SWISS-PROT;Acc:第13533页]内含子28(29)
miR-335型ENSMUSG00000051855号ENSG00000106484号机组中胚层特异转录异构体A;家族表达基因1。MEST[来源:RefSeq(NM_002402)]内含子2(1)
miR-338型ENSMUSG00000025375号ENSG00000181409号机组凋亡相关酪氨酸激酶。AATK[来源:参考序列;会计:NM_007377]内含子5(7)
miR-339型ENSMUSG00000029533号砷酸盐诱导RNA相关蛋白。(AIRAP)AA407930型[来源:RefSeq;科目:NM_133349]内含子1
miR-340型ENSMUSG00000020376号ENSG00000113269号机组指环蛋白130;金蛋白;G1-相关锌指蛋白,RNF130[来源:RefSeq(NM_018434号)]内含子2(2)
miR-342型ENSMUSG00000021262号OTTHUMG00000029003/ENSG00000089465ENA/血管舒张因子刺激的磷酸蛋白样蛋白(ENA/类血管蛋白)。EVL[来源:SWISS-PROT(Q9UI08型)]内含子3
miR-346基因14803 NCBI公司OTTHUMG0000018650/ENSG00000182771类似于谷氨酸受体,离子型,δ1。GRID1[来源:SPTREMBL(问题8IXT3)]简介2(1)
括号中列出的miRNA名称是指与人类不同的小鼠名称。
b基因ID来自ENSEMBL、Vega或NCBI。
c(c)蛋白质描述是针对人类基因的。
d日列出了基因中miRNAs的内含子位置。如果人/鼠标位置不同,则鼠标位置显示在括号中。

大量基于内含子的miRNAs存在于蛋白质编码基因的相关家族中(表3,补充表A、D、E)。这使我们能够根据宿主基因身份将特定的miRNAs组分为新的家族。在某些情况下,宿主基因家族有助于识别相关的内含子miRNAs组(表3). 例如,miR-148b型miR-152基因是序列相关的,位于编码共变异转运体亚单位的两个基因中(参见表3,补充表E)。在其他例子中,我们注意到在相关蛋白质家族中发现的与序列无关的miRNAs。例如,miR-105型miR-224型位于分别编码配体门控离子通道γ-氨基丁酸受体-α-3和-ε亚单位的两个基因中,尽管成熟的miRNAs在序列上无关(表3).

表3。

相关蛋白编码基因内含子中发现的miRNAs家族

家庭小鼠宿主基因ID人类宿主基因ID宿主基因描述b微小核糖核酸相关miRNAsc(c)
涂布剂ENSMUSG00000035994 M建筑30ENSG00000111481号机组结肠癌ZETA-1亚单位(ZETA-1COP)(CGI-120)(HSPC181),COPZ1[来源:SWISS-PROT(Q9Y3C3型)]miR-148b型+
ENSMUSG00000018672号ENSG00000005243公司结肠癌ZETA-2亚单位(ZETA-2COP)。COPZ2[来源:SWISS-PROT;账号:问题9P299]miR-152型+
GABA公司ENSMUSG00000031343号恩斯格00000011677γ-氨基丁酸受体α-3亚单位前体(GABA(A)受体)。GABRA3[来源:SWISS-PROT;账号:第14903页]miR-105-1、-105-2
ENSMUSG00000031340号ENSG00000102287号机组γ-氨基丁酸受体EPSILON亚单位前体(GABA(A)受体)。GABRE[来源:SWISS-PROT;账号:第78334页]miR-224型
国家创新基金ENSMUSG00000038995号ENSG00000144677号机组核LIM相互作用因子1(NLI-INTERACTING FACTOR 1)(NIF-LIKE蛋白质)(YA22蛋白质)(HYA22),NIF1_HUMAN(C3orf8)[来源:SWISS-PROT;Acc:O15194号]miR-26a-1型+
ENSMUSG00000040540号ENSG00000175215号机组核LIM相互作用因子2(NLI-INTERACTING FACTOR 2)(蛋白质OS-4)。NIF2_HUMAN[来源:SWISS-PROT;账号:O14595号机组]miR-26a-2型+
ENSMUSG00000026176号ENSG00000144579号机组核LIM相互作用因子3(NLI-INTERACTING FACTOR 3)(NLI-IF)。NIF3_HUMAN[来源:SWISS-PROT;账号:Q9GZU7型]miR-26b型+
直线电机ENSMUSG00000033306号机组ENSG00000145012号机组脂肪瘤中含有预激转位伴侣的LIM结构域;脂肪瘤中含有LIM结构域的优先转运伙伴;脂肪瘤-转铁蛋白伴侣基因。LPP[来源:RefSeq;科目:NM_005578号]miR-28
ENSG00000163995公司肌动蛋白结合LIM蛋白2。ABLIM2[来源:RefSeq;Acc:NM_032432号]miR-95型
潘克ENSMUSG00000033610号OTTHUMG0000018718/ENSG00000152782泛烷酸激酶1(酶代码EC2.7.1.33)(泛酸激酶1)(HPANK1)(HPAN K)。[来源:SWISS-PROT;账号:Q8TE04型]miR-107型+
ENSMUSG00000034220号OTTHUMG00000031768/ENSG00000125779泛烷酸激酶2,线粒体前体(酶代码EC2.7.1.33)(泛酸激酶2)(HPANK2)。[来源:SWISS-PROT;账号:Q9BZ23号]miR-103-2型+
ENSMUSG00000018846号ENSG00000120137号机组泛烷酸激酶3(酶代码EC2.7.1.33)(泛酸激酶3)(HPANK3)。[来源:SWISS-PROT;ACC:999年第9季度]miR-103-1型+
狭缝20563 NCBI公司ENSG00000145147号机组狭缝同源2蛋白前体(H-SLIT-2)。SLIT2[来源:SWISS-PROT;账号:O94813号]miR-218-1型+
20564 NCBI公司ENSG00000184347号机组狭缝同源3;SLIT3[来源:RefSeq;账号:NM_003062号]miR-218-2型+
PTPRN公司恩斯格00000054356蛋白酪氨酸磷酸酶样N前体(R-PTP-N)(PTP IA-2)(胰岛细胞抗原512)(ICA 512)问题16849]miR-153-1型+
ENSMUSG00000054701号ENSG00000155093号机组受体型蛋白酪氨酸磷酸酶N2前体(酶代码EC3.1.3.48)(R-PTP-N2)(胰岛细胞自身免疫相关蛋白)(ICAR)(IAR)(磷蛋白)。PTPRN2[来源:SWISS-PROT;账号:问题92932]miR-153-2型+
TRPM公司ENSMUSG00000030523号ENSG00000134160号机组瞬时受体电位阳离子通道,M亚家族,成员1;美拉司他丁1。TRPM1[来源:RefSeq;科目:NM_002420号]miR-211基因+
ENSMUSG00000024763号ENSG0000083067号机组长瞬态受体电位通道3(LTRPC3)(碎片),TRPM3[来源:SWISS-PROT;Acc:问题9HCF6]miR-204型+
基因ID来自ENSEMBL、NCBI或Acembly AceView。
b蛋白质描述是针对人类基因的。
c(c)带有相关核苷酸序列的miRNA用加号标记,而那些与减号无关的miRNA则用减号标记。

除了蛋白质编码基因中的miRNAs外,我们还发现TUs中有66个miRNAss缺乏显著的蛋白质编码潜力(表1). 对这些miRNA宿主TU的更详细分析揭示了一些先前分类的长ncRNAs(见表表44,,55和补充表B-D)。这些包括:BIC(Tam 2001年),在白血病2(DLEU2;Migliazza等人,2001年),横纹肌肉瘤中的非编码RNA(NCRMS;Chan等人,2002年),突触特异-7H4(7H4;Velleca等人,1994年)、FLJ34037(Ota等人,2004年)以及大量FANTOM2长ncRNAs(Okazaki等人,2002年;Numata等人,2003年). 以前只有BIC RNA被认为是miRNA的载体(Lagos-Quintana等人,2002年). 这些类型的ncRNA转录物有时被称为mRNA-like ncRNA(mlncRNAs;Erdmann等人,2000年)因为它们与mRNA具有相同的属性,例如剪接(例如BIC:Tam 2001年),聚腺苷化(例如,空气:Sleutels等人,2002年),长转录单位(例如,Xist:Hong等人,1999年),以及可能的空间/时间限制表达(例如,Ntab:French等人,2001年). 大多数非编码mRNA-like RNA的分子/遗传功能尚不清楚,但一些,如Xist和Air,已经进行了更详细的研究。

表4。

非编码转录单位内含子中的miRNAs

微小核糖核酸人类宿主TU IDb鼠标主机TU IDbmiRNA定位c(c)宿主转录本描述
let-7a-2、miR-100、-125b-111 (9)恩塞斯特G00000015836ENSMUSESTG00000011922公司内含子2(4)新型mlncRNA
let-7d9 (13)OTTHUMG0000020259内含子3织女星mlncRNA
miR-7-2型15 (7)ENSMUSESTG0000007393公司内含子1新型mlncRNA
miR-15a,-16-113 (14)OTTHUMG00000169271810047A1 6瑞克内含子4DLEU2 mlncRNA
miR-30a,-30a*,-30c-26 (1)恩塞斯特G00000011458内含子3新型mlncRNA
miR-31型9 (4)总计00000019681内含子1新型mlncRNA
miR-129-2型11 (2)11_43541975 AceView公司内含子1新型mlncRNA
miR-132,-21217 (11)ENSMUSESTG0000011295 M建筑30内含子1新型mlncRNA
miR-135a-1型3 (9)3_5 2291509 AceView公司新型mlncRNA
miR-135a-2型12(10)196475辆NCBIENSMUSESTG0000002435公司内含子9(1)NCRMS mlncRNA
miR-135b型1 (1)ENSESTG00000002491号机组ENSMUSESTG00000018175公司内含子1新型mlncRNA
miR-141,-200c型12 (6)ENSMUSESTG00000015291 MBuild30号机组内含子1新型mlncRNA
miR-154型14 (12)ENSMUSESTG00000016217公司内含子2新型mlncRNA
miR-181a,-181b-29(2)OTTHUMG0000020657内含子1织女星mlncRNA
miR-181b-1,-2131 (1)ENSMUSESTG0000012306公司内含子2新型mlncRNA
miR-194-1型1 (1)2010103J01瑞克内含子1里肯mlncRNA
miR-302型4 (3)4_1 14030028 AceView公司内含子2新型mlncRNA
miR-325型-(十)库存00000006551内含子1新型mlncRNA
人类染色体首先列在括号中,然后是小鼠染色体。
b成绩单ID来自ENSEMBL、Vega、FANTOM2、NCBI或Acembly AceView。
c(c)转录物中miRNAs的内含子位置已列出。如果人/鼠标位置不同,则鼠标位置显示在括号中。

表5。

在非蛋白编码转录单位外显子中发现的miRNAs

微小核糖核酸b人类宿主TU IDc(c)鼠标主机TU IDc(c)miRNA定位d日主持人成绩单描述
let-7b,let-7c-222 (15)OTTHUMG00000030111外显子1织女星mlncRNA
let-7i12 (10)D630033A02瑞克外显子1里肯mlncRNA
miR-22型17 (11)ENSESTG0000028158号2210403K04瑞克外显子2里肯mlncRNA
miR-29b-2型1 (1)1_2 05058566 AceView公司C030002C11瑞克外显子1里肯mlncRNA
miR-34b,-34c11 (9)ENSESTG00000013662号外显子2新型mlncRNA
miR-101-1(miR-101)1 (4)ENSMUSESTG00000022081公司外显子2新型mlncRNA
miR-122a型18 (18)18_54266208宏视外显子2新型mlncRNA
miR-133b6 (1)6_5 2060506 AceView公司外显子1新型mlncRNA
miR-1371 (1)1_9 7978084 AceView公司ENSMUSEST公司G00000012545外显子2(3)新型mlncRNA
miR-143,-1455 (18)5_1 48836826 AceView公司外显子1新型mlncRNA
miR-146型5(11)ENSESTG0000012459公司5830402E17瑞克外显子2(1)里肯mlncRNA
miR-155型21 (16)114614 NCBI公司比克NCBI外显子3(2)BIC mlncRNA
miR-192基因11 (19)11_64434198 AceView外显子1新型mlncRNA
miR-195型17 (11)LOC284112 AceView公司外显子1新型mlncRNA
miR-196b型7 (6)7_2 6962152 AceView外显子1新型mlncRNA
miR-199a-2、-199a*-21 (1)1_1 69353084 AceView外显子1新型mlncRNA
miR-202型-(7)G630041I22Rik公司外显子2里肯mlncRNA
miR-206型6 (1)4831414J02瑞克外显子17H4 mlncRNA
miR-214型1 (1)1_1 69353084 AceViewD230012O04Rik公司外显子2(1)里肯mlncRNA
miR-215型1 (1)2010103J01瑞克外显子2里肯mlncRNA
miR-221基因X(X)X_44651888 AceView外显子1新型mlncRNA
miR-223型X(X)X_64102086 AceView9830169G21里克外显子3(2)里肯mlncRNA
miR-296型20 (2)20_58078195 AceView公司D330038P10瑞克外显子1里肯mlncRNA
miR-324-5p,-324-3p17 (11)17_7329130 AceView外显子3新型mlncRNA
miR-33112 (10)A630071D13瑞克外显子1里肯mlncRNA
括号中列出的miRNA名称指的是与人类不同的小鼠名称。
b人类染色体首先列在括号中,然后是小鼠染色体。
c(c)成绩单ID来自ENSEMBL、Vega、FANTOM2、NCBI或Acembly AceView。
d日转录物中miRNAs的外显子位置已列出。如果人/鼠标位置不同,则鼠标位置显示在括号中。

除了上面提到的先前定义的ncRNA TUs外,我们还发现了数十种新的miR TU宿主,其蛋白质编码潜力很小(参见方法,表表44,,5,5和补充表B-D)。例如,ENSEMBL中的EST和cDNA数据允许识别含有miR-100,let-7a-2、以及miR-125b-1在介绍中(表4,图1A). 人/鼠宿主转录本1的序列比对(ENSEST00000036713/ENSMUSEST0000030830;数据未显示);转录本2(ENSEST0000036715/2610203C20Rik)没有显示出显著的同源性(图1B). 然而miR-100,let-7a-2、和miR-125b-1型人类和小鼠的转录位点在排列和结构上非常相似(图1A). 这种类型的一些miRNA宿主可能是所谓的“内外”基因,类似于一些小核仁RNA(snoRNA)宿主(Tycowski等人,1996年),其中宿主基因的转录纯粹用于产生内含子编码的RNA。一些内含子中含有miRNAs的mlncRNA宿主也可能作为功能性RNAs。

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哺乳动物的基因组组织miR-100,let-7a-2,miR-125b-1人和小鼠的基因座和序列比对miR-125b-1型宿主转录本。(A类)已识别的转录本显示为外显子,外显子表示为垂直线,并在上面按数字顺序标记。虚线表示转录本的拼接。miRNA前体的位置用三角形表示。外显子不符合比例。人/鼠转录本1分别对应于ENSEST0000036713和ENSMUSESTT0000030830。转录本2对应于人类ENSEST0000036715和小鼠2610203C20Rik转录本。(B)转录本2的DNA序列比对如图所示。相同的底座用黑色表示。共有多聚腺苷酸化位点如方框所示。注意,人类转录物2的核苷酸597-955未显示。

大量miRNA与新型非编码转录物的外显子重叠(表(表11,,5;5; 补充表C、D)。例如miR-22型-预测的发夹前体完全包含在非编码TU的外显子2内,剪接模式在人类和小鼠中通常是保守的,尽管缺乏蛋白质编码潜力(图2A、B). 小鼠和人类之间的显著序列保守性miR-22型在5′端和miR-22型-预测发夹前体(图2B). 哺乳动物的整体保护率如此之高miR-22型/TU可能在生物发生或定位中起重要作用。虽然哺乳动物miRNAs发夹前体预测中的高序列保守性是一个共同特征(Lim等人,2003年),尚不清楚在miR-22型/TU是外显子类更常见的现象。老鼠和人类的结合miR-155/BIC没有显示超出预测发夹前体的这种扩展守恒(数据未显示)。除了miR-22型,另外29个其他miRNA包含在转录物的外显子中(表5). 在大多数情况下,外显子miRNA在mlncRNA转录本中被识别,但在两个罕见的情况下,我们注意到miRNA与蛋白质编码转录本的3′UTR重叠(补充表D)。

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哺乳动物的基因组组织miR-22型人和小鼠的基因座和序列比对miR-22型宿主转录本。(A类)外显子显示为白色矩形,并在上面标记。人/小鼠miR-22宿主转录本分别对应于ENSEST0000065902和2210403K04Rik。(B)DNA序列比对miR-22型显示了人/鼠宿主转录本。相同的底座为黑色。成熟miR-22序列以灰色突出显示。外显子1和2之间的保守剪接位点连接也以灰色突出显示。请注意,未显示小鼠转录本的核苷酸688-1658。

TUs内含子或外显子中miRNA的流行促使我们询问是否可能从宿主基因表达数据中获得可靠的miRNA表达模式。与哺乳动物snoRNAs类似,内含子miRNAs可以通过包含在其前mRNAs的内含子中并通过核酸外切酶从脱支内含子中切除而与宿主基因共转录(Tycowski等人,1993年). 与酵母snoRNAs类似,哺乳动物外显转录来源的miRNAs可以通过双链区域内的内切核裂解从ncRNA转录物中获得(Chanfreau等人,1998年). 如果宿主基因和miRNA发生平行转录,则会观察到宿主转录物和miRNA的类似表达模式。为了测试这种可能性,我们通过RT-PCR分析了成年小鼠几个器官中五种预测的miRNA宿主转录物的表达,并将其表达模式与相应的外显子或内含子miRNA的表达模式进行了比较(参见方法和表6). 在五分之四的病例中,我们注意到宿主基因/转录物表达之间的确切相关性(表6)以及之前报道的小鼠成体器官中miRNA的表达(Sempere等人,2004年). 这一结果表明,miRNA表达可能可靠地来源于宿主转录表达信息,并强烈表明基因组中重叠的转录物可能是miRNA的宿主。

表6。

miRNA表达与宿主转录表达的比较

miRNA表达源自Sempere等人(2004).

b溴化乙锭染色凝胶图片显示小鼠成年大脑(B)、肝脏(Li)、心脏(H)、肺(Lu)、肾(K)和脾脏(S)的RT-PCR结果。

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上述结果促使我们从这里鉴定的所有宿主基因中获得可能的miRNA表达模式信息。我们从一些公开来源(包括初级文献)和公开基因表达模式数据库中收集了宿主基因表达数据(见方法)。该分析可识别生理调节、信号转导和组织/器官特异转录的miRNA宿主(有关miRNA宿主表达模式的完整描述,请参阅补充表A-D)。例如,miR-33型位于的简介中SREBP2号机组(表2)是胆固醇稳态中的一个重要基因,在转录水平上受到甾醇的严格调控(Sato等人,1996年). 此外,我们鉴定了三个内含子miRNAs的簇(miR-25,-93、和-106亿)可能与DNA复制许可因子MCM7(表2)是一种在非分裂细胞中静止的基因,在细胞周期的S期之前上调(Fujita等人1996). 有趣的是,人类miR-7-3型包含在的内含子2中垂体特异性因子1(表2),一种在脑垂体中表达的基因(Tanaka等人,2002年). 这种成熟的miRNA在基因组中有另外两个相同的拷贝,其中一个(miR-7-1型)可能与普遍表达的基因的表达有关,HNRPK公司(补充表E)。这说明相同miRNAs的表达模式信息可能会被不同但重叠的转录模式混淆。在基因组中存在多个同源miRNAs的情况下,通过分析各自宿主基因的表达来区分单个miR拷贝的表达可能是有用的(不同宿主基因中包含的类似/同源microRNAs列表见补充表E)。

目前miRNA领域的教条是,所有miRNA到成熟miR的分区处理发生在细胞核中的Drosha和细胞质中的Dicer(有关综述,请参阅巴特尔2004;他和汉农2004). 在两项精液研究中,发现miRNAs在HeLa细胞中依赖Drosha进行处理(Lee等人,2003年)一种特殊的前/前miRNA在细胞核中富集,而成熟的miR在细胞质中(Lee等人,2002年). 然而,我们注意到,在这些研究中测试的miRNAs是内含子类miRNA(即。,miRs-15a、-16-1、-20、-30a; 补充表A、B),“混合”miRNA(miR-21型)(补充表D)和几个未定义的转录类miRNAs(数据未显示)。代替本研究中对哺乳动物中两类转录miRNA的发现,在实验验证的外显转录类miRNA的背景下重新审视这些实验将是非常有趣的。Drosha和Dicer处理和成熟miRNAs的所有转录类似乎有共同之处;然而,哺乳动物中存在外显子miRNAs意味着生物发生也可能存在差异。在这方面,值得注意的是,我们发现miR-206型突触相关mlncRNA的外显子7H4内(表4,补充表C;Velleca等人,1994年;Numata等人,2003年). 7H4最初由Velleca等人鉴定(1994)作为一种RNA选择性地发现于大鼠骨骼神经肌肉接头的运动终板中。在神经肌肉接头处检测到7H4,提出了一种有趣的可能性,即miR-206的未加工形式可能以pri-miR-206/7H4 RNA的形式被转运到细胞核外。未来的研究将需要确定一些miRNA是否可以被主动转运到嵌入其宿主转录物中的细胞核外的亚细胞区室。

结论

这里的研究结果清楚地表明,哺乳动物miRNAs的一大亚群的表达可能与其他基因的表达有转录关联,编码蛋白质和ncRNAs。两类不同的miRNAs的鉴定,即其他转录物的重叠内含子和外显子编码,表明miRNA的成熟可能比先前认为的更复杂。负责核糖体和剪接体RNA修饰的哺乳动物snoRNAs被证明是从蛋白质编码(通常是核糖体蛋白质)基因的内含子中切除的(Qu等人,1995年). 大约一半的哺乳动物miRNAs是通过类似机制表达的,这对我们理解基因表达、调控和基因构成的基本定义具有重要而深远的意义。以前的研究已经证明哺乳动物的内含子和其他明显的非编码序列中存在无法解释的保守性水平(Bejerano等人,2004年). 最近还讨论了基因外显子和内含子序列产生的平行输出的调节可能性(马蒂克2003). 虽然我们还远没有全球范围内平行转录的明确证据,并且这里提供的数据仅占非编码保守的一小部分,但宿主基因中miRNAs的存在,以及内含子snoRNAs所报道的作用,在更大范围内为这一现象提供了诱人的暗示。

方法

miR数据库

miRNA发夹序列取自microRNA注册3.1版(http://www.sanger.ac.uk/Software/Rfam/mirna/;Griffiths-Jones 2004年). 利用发夹序列的成对相似性和成熟miRNA的匹配来鉴定一些同源物。使用mfold程序确定侧翼区域采用发夹结构的能力(http://www.bioinfo.rpi.edu/applications/mfold/).

基因组分析与治疗

使用WUBLASTN将miRNAs映射到人类(NCBI构建34)和小鼠(NCBI-构建32)基因组组合。为了防止担心鼠标NCBI Build 32程序集中的映射错误,我们还使用了鼠标NCBIBuild 30。在注意到更新程序集中的错误的几种情况下,提供了鼠标Build 30的ENSEMBL ID。为了便于手动注释,这些搜索的结果可以通过ENSEMBL基因组图形界面访问(http://www.ensembl.org(英语)/). 通过使用基因组注释的TU(包括织女星)组合来辅助小鼠和人类miRNAs的注释(http://vega.sanger.ac.uk/Homo_sapiens/),ENSEMBL公司(http://www.ensembl.org(英语)/),风扇2.0(Okazaki等人,2002年;Numata等人,2003年),NCBI Acembly/AceView(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/IEB/Research/Acembly网站/)、NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview网站/)和FLJ成绩单(Ota等人,2004年). miRNA和注释TU之间的基因组坐标重叠根据miRNA的外显子或内含子性质进行分类。FatiGo数据挖掘工具(http://fatigo.bioinfocnio.es/;Al-Shahrour等人,2004年)用于确定是否有任何GO术语在微小RNA宿主基因中显著过度表达。

mRNA-Like非编码RNA数据库

从FANTOM功能注释数据库中总共收集了约10000 mlncRNAs序列(http://fantom2.gsc.riken.go.jp/;Numata等人,2003年),非编码RNA数据库(http://biobases.ibch.poznan.pl/ncRNA/;Erdmann等人2000)和全长日本数据库(http://www.nedo.go.jp/bio-e/;Ota等人,2004年),并使用SSAHA映射到基因组。通过DAS协议,在ENSEMBL基因组图形界面中可以访问这些ncRNAs的位置,并对其与人类或小鼠基因组中的miRNAs进行潜在重叠分析。

类mRNA非编码RNA的鉴定

miRNA宿主转录本被指定为mlncRNAs,其过程与FANTOM基因组探索研究小组采用的过程类似(Okazaki等人,2002年). 为了鉴定mlncRNA候选miRNA宿主,我们使用BLASTX(E值<10-5)或那些与Pfam数据库中已知的基序或域同源的基序(Bateman等人,2004年).

miRNA宿主基因RT-PCR

使用RNA RT-PCR Miniprep Kit(Stratagene)从2-3岁小鼠中制备总RNA。为了防止hnRNA(核前体RNA)的RT扩增,在第一链cDNA合成步骤中使用寡核苷酸引物代替基因特异性引物。为了明确区分剪接cDNA和基因组DNA污染,设计了特异性引物来扩增预测的microRNA宿主转录物的内含子,并进行了-RT对照反应。PCR检测5个microRNA转录单位的引物分别为:miR-9-3宿主转录本、ENSMUSESTG0000007408、5′-GTGGCCAGGAAAAGAAAAAG-3′(正向)和5′-CTCTGTCATCCTGTGGCTTTG-3′(反向);miR-22载体转录本,2210403K04Rik,5′-CAGTGA TTTTGCTCCTGTCCAC-3′(正向)和5′-CACTGAGC TACAACCCAGTCAT-3′(反向);miR-137载体转录本,ENSMUESTG0000012545,5′-CAGAGTCCGCATGAAGAGAGAG CAA-3′(正向)和5′-GTCCTGGCAGGTTA-3′(反向);miR-153宿主转录本,ENSMUSG00000054701,5′-CTGGCTGACCTATACCACTC-3′(正向)和5′-CAATCAG GACGTAGGTCCACT-3′(反向);miR-219宿主转录本,ENSMUESTG0000007085MBuild30,5′-AGAGGCGCCGCTT GGGTTCAG-3′(正向)和5′-TCATTCCCAGCTGG TTT-3′(反向)。

miRNA宿主基因表达模式治疗

基因表达模式信息是使用NCBI PubMed从主要文献中获得的(http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/)作为文章的来源。在宿主基因/TU没有主要文献引用的情况下,表达数据取自RIKEN表达阵列数据库(http://read.gsc.riken.go.jp/;Bono等人,2003年),基因表达图谱数据库(http://expression.gnf.org/cgi-bin/index.cgi;Su等人,2002年),NCBI Acembly/AceView网站,或来自SWISS-PROT(http://us.expasy.org/sprot/).

致谢

我们感谢托尼·考克斯(Tony Cox)和詹姆斯·斯塔克(James Stalker)在生成ENSEMBL DAS源以进行基因组注释方面提供的技术援助,感谢罗素·格罗科克(Russell Grocock)博士提供的有益讨论和技术帮助,感谢乔斯·琼克斯(Jos Jonkers)博士和马杜里·沃伦(Madhuri Warren)博士批判性地阅读。A.R.是NIH博士后研究员。这项工作由Wellcome信托基金资助。

脚注

[补充材料可在www.genome.org上在线获取。]

文章和出版物位于http://www.genome.org/cgi/doi/10.1101/gr.2722704。文章于2004年9月在网上发表,然后印刷。

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网站参考


文章来自基因组研究由以下人员提供冷泉港实验室出版社