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.2005年3月；3（3）：e85。
doi:10.1371/journal.pbio.0030085。

microRNA-目标识别原理

朱利叶斯·布伦内克 1, 亚历山大·斯塔克, 罗伯特·拉塞尔, 史蒂芬·M·科恩
附属公司

microRNA-目标识别原理

朱利叶斯·布伦内克等。 公共科学图书馆生物. 2005年3月.

摘要

微RNA（miRNAs）是一种短的非编码RNA，可调节动植物的基因表达。尽管它们的生物学重要性已经变得很清楚，但它们如何识别和调节靶基因仍然不太清楚。在这里，我们系统地评估了体内功能性miRNA-靶点双工的最低要求，并区分具有不同功能特性的靶点类别。目标站点可以分为两大类。5'优势位点与miRNA 5'端对功能具有足够的互补性，而与miRNA 3'端配对的支持很少或没有。事实上，在随机噪声级以下具有3'配对的站点具有强大的5'端功能。相反，3'补偿位点的5'配对不足，功能需要强大的3'配对。我们提供了示例和全基因组统计支持，以表明这两类位点都用于生物相关基因。我们提供的证据表明，平均一个miRNA有大约100个靶位点，这表明miRNAs调节了大部分蛋白质编码基因，并且miRNA3'末端是miRNA家族中靶特异性的关键决定因素。

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数字

图1
图1。miRNA 5′端的互补性对体内靶点功能至关重要
（A） 翼想象盘靶点调节的体内实验。EGFP报告子在所有细胞中表达（绿色）。在ptcGal4控制下表达miRNA的细胞显示为红色。功能靶点允许miRNA强烈抑制GFP（中间）。非功能性目标站点没有（正确）。黄色方框表示（B）和后面的图中所示的圆盘区域。（B） 单个目标站点的监管miR-7。每个图像左上角的数字表示目标位点中不匹配的核苷酸。重要的监管头寸用红色表示，可有可无的头寸用绿色表示。只有少数情况下，miRNA的调控被完全废除。（C） （B）中系列和第二组涉及的报告基因抑制程度的总结miR-278基因和类似于miR-9型站点位于莱拉[26]. 重要的监管头寸用红色表示，可有可无的头寸用绿色表示。误差线基于3-5个单独的光盘的测量值。
图2
图2。最小miRNA靶位点
（A） 体内测试与miRNA前8个核苷酸互补的6mer、5mer和4mer种子的靶位点的功能。这些位点被设计为具有3′配对的最佳支持。第一个4mer种子位点表明，与miRNA 3′区的广泛互补性不足以在体内调节。（B） 对与miRNA 3′端缺乏互补性的8mer、7mer和6mer种子位点的调节。测试UTR包含一个站点（第一列）或两个相同的站点（第二列）。
图3
图3。G:U基座和凸起的影响
（A） 种子区（列）中含有零、一、二或三个G:U碱基对的8分子、7分子或6分子种子（行）的位点的调控。（B） 调控靶序列或miRNA中隆起的位点。
图4
图4。三类miRNA靶位点
典型（左）、种子（中）和3′补偿（右）靶点模型。上图说明了靶位点（上线）和miRNA（下线，颜色）之间的配对模式。下一列是3′UTR守恒模式的图表。垂直的黑色条显示了至少六个核苷酸的延伸，这些核苷酸在几个果蝇基因组中是保守的。的目标站点miR-7、miR-4、，和miR-10型显示为UTR下方的彩色水平条。其他miRNA的位点显示为黑色条。在每一列的最下面显示了miRNA与其靶位点之间预测的双链结构；标准的基本路径用实心圆圈标记，G:U基本路径用开放圆圈标记。序列比对显示了不同果蝇物种中这些靶位点的核苷酸保守性。预测与miRNA配对的核苷酸以粗体显示；预测为未配对的核苷酸为灰色。红色星号表示100%的序列保守性；灰色星号表示miRNA碱基配对的保守性，包括G:U对。The additional sequence alignment for themiR-10型中的目标站点紧急停堆在里面卡斯塔纳Tribolium castaneum，冈比亚按蚊，而家蚕则加强了这一预测。值得注意的是，这些物种中3′补偿的质量降低是由质量更好的7聚体种子的存在所补偿的。A.ga，冈比亚按蚊；B.mo、B.mori；D.an、D.ananassae；D.me，黑腹果蝇；D.ps，D.伪暗囊藻；D.si，D.simulans；D.vi、D.virilis；D.ya、D.yakuba；卡氏锥虫、蓖麻锥虫。
图5
图5。miRNA家族成员的靶向特异性
（A） 六个果蝇基因组（水平黑条）中的3′UTR保守性图和预测的miRNA靶位点的位置。以上是肌源性转录因子的3′UTR风笛（bap）显示了Brd-box miRNA家族的预测靶位点，miR-4型和miR-79型（UTR下方的黑框）。对齐miR-4型和miR-79型说明它们共享相似的种子序列（除了mir-4型有一个额外的5′碱基），但3′端相似性很小。以下是促凋亡基因3′UTR的保守序列严峻的和镰刀。K盒miRNAs的预测靶点miR-11、miR-2b、，和miR-6显示在UTR下方。对齐miR-11、miR-2b、，和miR-6型说明它们具有相同的家族主题，但在3′端几乎没有相似之处。（B） 风笛（bap）3′UTR报告基因受miR-4型和miR-79。两个miRNAs与预测目标位点的比对显示出良好的8分子种子匹配（左）。的过度表达miR-4基因或miR-79在ptcGal4控制下，下调了风笛3′UTR记者（右）。（C） 左图：K盒miRNAs与严峻的3′UTR及其过表达调控miR-2型（顶部），但不是由miR-6型（中间）或miR-11型（底部）。右图：K盒miRNAs与镰刀3英尺UTR。通过过度表达miR-2型强大（顶部），监管miR-6型较弱（中等），并且miR-11型效果甚微（底部）。（D） 缺乏细胞克隆的影响骰子-1预测miRNA-调节基因的UTR报告子表达。突变细胞以β-Gal不表达为标志（红色）。EGFP表达式以绿色显示。两个频道分别以黑白显示在下面。突变克隆用黄色箭头表示。缺乏miRNA靶位点的均匀转录报告结构的表达在骰子-1突变细胞（第一列）。UTR记者矮脚鸡miRNA靶隐藏在突变细胞中上调（第二列）。这个风笛（bap）UTR记者在年被上调骰子-1克隆（第三列）。这个冷酷的（第四列）和镰刀（第五栏）UTR记者受到监管。
图6
图6。目标站点发生率的计算分析
（A） 保守5′种子匹配的全基因组发生率。直方图显示了一组49个5′非冗余miRNAs的5′种子匹配比率，以及不同种子类型（黑色条）的10个完全洗牌变体的平均值。比率为1（红线）表示miRNA及其洗牌变体之间没有差异。突变miRNAs及其洗牌变体的相同比率显示无信号（白色条）。插图描绘了整个miRNA序列的洗牌（紫色波浪线）。（B） 黑腹果蝇和假暗腹果蝇之间的靶点保护。直方图显示了与miRNA 3′端配对的保守8聚体种子匹配的上游3′UTR序列（16 nt）的平均保守性。所有位点都根据其保守性进行了分类，每个分类中的位点百分比显示了由49 5′非冗余miRNA序列（灰色）及其洗牌控制序列（黑色，错误条表示一个标准偏差）识别的位点。（C） 3′配对偏好miR-7型目标站点。直方图显示了miR-7型（红色条）和50个3′洗牌变异体（黑色条）的平均值，这些变异体是通过6个5′种子匹配在全基因组范围内识别的miR-7。插图仅显示了miRNA序列3′端的洗牌（紫色波浪线）。由于miRNA的5′端没有改变，因此将相同的靶位点组与真实和洗牌miRNA的3′端配对进行比较。（D） miRNA靶位点的3′配对偏好。直方图显示了58个3′非冗余miRNAs及其洗牌变体的前1%3′配对能量的比率。y轴显示了每个比例的miRNA的数量。真正的miRNA以红色显示；突变miRNAs以黑色显示。左边显示的是8个和7个种子位点的组合。右图所示为5和6分子种子位点的组合。对于8和7分子结合的种子，1%对应于每miRNA约10个位点；对于合并的6和5mer，大约为25个站点。如果考虑到每个miRNA的位点较少，则实际miRNA和突变miRNA之间的差异会有所改善。（E） 3′配对的非随机信号。绘制58个3′非冗余miRNAs及其洗牌miRNA3′末端（y轴）的靶位点数与3′配对能量超过给定配对截止值（x轴）的比值。100%是与3′端完全互补的序列的配对能量。随着所需的3′配对能量水平的增加，对信号起作用的miRNAs及其位点减少。真实miRNA的图谱延伸到比突变体高得多的3′配对能量，但随着位点数量的减少，我们观察到对比率的异常影响，因此当剩余miRNA的数量降至5以下时，曲线被切断。
图7
图7。8粒种子配对的3′对能量分布
图中所示为58个3′非冗余miRNA（黑色）与随机对照（每个真实miRNA使用50个3′洗牌miRNA（灰色））的全基因组8分子种子匹配的分布（位点数量与3′配对）。请注意，实际miRNAs在高端和低端的分布都比随机对照更广，并且肩部接近峰值。红色、蓝色和绿色曲线显示了从三个不同级别的真实匹配中减去背景噪音（随机匹配）的效果，这揭示了这些肩膀背后的真实匹配。
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参考文献

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