УЧАСТЬ МІКРО РНК У РАННЬОМУ РОЗВИТКУ ТВАРИН І ЛЮДИНИ

V. P. Pishak, M. O. Ryznychuk

Анотація


Резюме. В огляді розглянута роль мікроРНК на ранній етапах онтогенезу.
Початок третього тисячоліття ознаменований революційним відкриттям місця і ролі специфічного класу (чи класів) малих некодуючий РНК (мкРНК) – різноманітного і досить поширеного типу молекул РНК, які не причетні до синтезу білка.
МікроРНК – клас коротких одноланцюгових нуклеотидних послідовностей регуляторних молекул РНК, є продуктами транскрипції коротких, некодуючих білків, генів і характеризуються низкою особливостей: малою довжиною (<200 нуклеотидів, у більшості 21-27 нуклеотидів), не приймають участі в синтезі білків, володіють типовим ефектом негативної регуляції і пригнічують експресію цілих генів.
Попередники мкРНК утворюються в ядрі клітини, а потім зазнають модифікації і переносяться до цитоплазми. Доведено, що вони причетні не тільки до репресії транспозонів, але і до регуляції ембріонального розвитку і захисту теломер. Дослідженням білка теплового шоку Hsp90 i Piwi доведено участь мкРНК у спрямуванні ембріонального розвитку внаслідок послідовної супресії генетичних варіацій з використанням епігенетичного механізму і гальмування активності транспозонів.
Людські ембріони виділяють мкРНК у культуральне середовище. Показано, що мкРНК-373, мкРНК-302 та ін. залучаються у процес диференціювання ембріональних стовбурових клітин у різні типи клітин трьох зародкових листків (ентодерми, мезодерми і ектодерми).
Стає все більш очевидним, що малі некодуючі РНК виконують ключову регуляторну роль у розвитку і функціонуванні організму на всіх етапах онтогенезу.
МікроРНК регулюють експресію генів на посттранскрипційному рівні шляхом сполучення зі специфічними послідовностями мРНК і значною мірою пригнічують трансляцію останніх.
Кожна мкРНК здатна регулювати сотні мРНК, що приймають участь у функціонуванні генів різних систем (нервової, імунної, ендокринної та ін.); генів, що контролюють експресію інших генів сигнальної системи і клітинного циклу тощо. Вони є регуляторами таких процесів як апоптоз, самовідновлення стовбурових клітин, росту та диференціювання клітин, забезпеченні цілісності останніх за рахунок сайленсингу генів, що призводить до зупинки трансляції та деградації мРНК.


Ключові слова


мкРНК; гени; ембріональний розвиток; онтогенез

Повний текст:

PDF

Посилання


Lau NC, Lim LP, Weinstein EG, Bartel DP. An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):858-62. doi:10.1126/science.1065062.

Lagos-Quintana M, Rauhut R, Lendeckel W, Tuschl T. Identification of novel genes coding for small expressed RNAs. Science. 2001 Oct 26;294(5543):853-8. doi: 10.1126/science.1064921.

Lee RC, Ambros V. An extensive class of small RNAs in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):862-4. doi: 10.1126/science.1065329.

Ghildiyal M, Zamore PD. Small silencing RNAs: an expanding universe. Nat Rev Genet. 2009 Feb;10(2):94-108. doi: 10.1038/nrg2504.

Friedman RC, Farh KK, Burge CB, Bartel DP. Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs. Genome Res. 2009 Jan;19(1):92-105. doi: 10.1101/gr.082701.108.

Guo H, Ingolia NT, Weissman JS, Bartel DP. Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 2010 Aug 12;466(7308):835-40. doi: 10.1038/nature09267.

Bartel DP. MicroRNA Target Recognition and Regulatory Functions. Cell. 2009 Jan 23;136(2):215-33. doi: 10.1016/j.cell.2009.01.002.

miRDB is an online database for miRNA [Internet]. [updated 2014 June 26; cited 2017 Aug 5]. Available from: http://www.mirdb.org/

miRbase: the microRNA database [Internet]. [updated 2014 June 26; cited 2017 Aug 5]. Available from: http://www.mirbase.org/

Marson A, Levine SS, Cole MF, Frampton GM, Brambrink T, Johnstone S, et al. Connecting microRNA genes to the core transcriptional regulatory circuitry of embryonic stem cells. Cell. 2008 Aug 8;134(3):521-33. doi: 10.1016/ j.cell.2008.07.020.

Grimson A, Srivastava M, Fahey B, Woodcroft BJ, Chiang HR, King N, et al. Early origins and evolution of microRNAs and Piwi-interacting RNAs in animals. Nature. 2008 Oct 30;455(7217):1193-7. doi: 10.1038/nature07415.

Piriyapongsa J, Marino-Ramirez L, Jordan IK. Origin and evolution of human microRNAs from transposable elements. Genetics. 2007 Jun;176(2):1323-37. doi: 10.1534/genetics.107.072553.

Jong H, Dzhi LC, Ksjue LJu, Ting ShK, Can BV, Ksjang ChCh. Molekuljarnye funkcii malyh reguljatornyh nekodirujushhih RNK. [Molecular functions of small regulatory non-coding RNAs]. Biohimija. 2013;78(3):303-13. (in Russian).

Krawetz SA, Kruger A, Lalancette C, Tagett R, Anton E, Draghici S, et al. A survey of small RNAs in human sperm. Hum Reprod. 2011 Dec;26(12):3401-12. doi: 10.1093/humrep/der329.

Sendler E, Johnson GD, Mao S, Goodrich RJ, Diamond MP, Hauser R, et al. Stability, delivery and functions of human sperm RNAs at fertilization. Nucleic Acids Res. 2013 Apr;41(7):4104-17. doi: 10.1093/nar/gkt132

García-López J, del Mazo J. Expression dynamics of microRNA biogenesis during preimplantation mouse development. Biochim Biophys Acta. 2012 Aug;1819(8):847-54. doi: 10.1016/j.bbagrm.2012.03.007.

Virant-Klun I, Ståhlberg A, Kubista M, Skutella T. MicroRNAs: From Female Fertility, Germ Cells, and Stem Cells to Cancer in Humans. Stem Cells Int. 2016;2016:3984937. doi: 10.1155/2016/3984937.

Kropp J, Salih SM, Khatib H. Expression of microRNAs in bovine and human pre-implantation embryo culture media. Front Genet. 2014 Apr 24;5:91. doi: 10.3389/fgene.2014.00091.

Rosenbluth EM, Shelton DN, Wells LM, Sparks AE, Van Voorhis BJ. Human embryos secrete microRNAs into culture media - a potential biomarker for implantation. Fertil Steril. 2014 May;101(5):1493-500. doi: 10.1016/ j.fertnstert.2014.01.058.

Wang J, Park JW, Drissi H, Wang X, Xu RH. Epigenetic regulation of miR-302 by JMJD1C inhibits neural differentiation of human embryonic stem cells. J Biol Chem. 2014 Jan 24;289(4):2384-95. doi: 10.1074/jbc.M113.535799.

Lee Y, Kim M, Han J, Yeom KH, Lee S, Baek SH, et al. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 2004 Oct 13;23(20):4051-60. doi:10.1038/sj.emboj.7600385.

Nam S, Kim B, Shin S, Lee S. miRGator: an integrated system for functional annotation of microRNAs. Nucleic Acids Res. 2008 Jan;36(Database issue):159-64. doi: 10.1093/nar/gkm829.

Kummerfeld SK, Teichmann SA. DBD: a transcription factor prediction database. Nucleic Acids Res. 2006 Jan 1;34(Database issue):74-81. doi: 10.1093/nar/gkj131

Wilson D, Charoensawan V, Kummerfeld SK, Teichmann SA. DBD-taxonomically broad transcription factor predictions: new content and functionality. Nucleic Acids Res. 2008 Jan; 36(Database issue): D88-92. doi:10.1093/nar/gkm964

Sempere LF, Sokol NS, Dubrovsky EB, Berger EM, Ambros V. Temporal regulation of microRNA expression in Drosophila melanogaster mediated by hormonal signals and broad-Complex gene activity. Dev Biol. 2003 Jul 1;259(1):9-18.

Kolesnikov NN, Titov SE, Verjaskina JuA, Karpinskaja EV, Shevchenko CP, Ahmerova LG, i dr. MikroRNK, jevoljucija i rak. [MicroRNA, evolution and cancer]. Citologija. 2013;55:159-64. (in Russian).

Makeyev EV, Zhang J, Carrasco MA, Maniatis T. The MicroRNA miR-124 promotes neuronal differentiation by triggering brain-specific alternative pre-mRNA splicing. Mol Cell. 2007 Aug 3;27(3):435-48. doi: 10.1016/j.molcel.2007.07.015.

Visvanathan J, Lee S, Lee B, Lee JW, Lee SK. The microRNA miR-124 antagonizes the anti-neural REST/SCP1 pathway during embryonic CNS development. Genes Dev. 2007 Apr 1;21(7):744-9. doi: 10.1101/gad.1519107.

Abelson JF, Kwan KY, O'Roak BJ, Baek DY, Stillman AA, Morgan TM, et al. Sequence variants in SLITRK1 are associated with Tourette's syndrome. Science. 2005 Oct 14;310(5746):317-20. doi: 10.1126/science.1116502.

McNeill E, Van Vactor D. MicroRNAs shape the neuronal landscape. Neuron. 2012 Aug 9;75(3):363-79. doi: 10.1016/j.neuron.2012.07.005.

Burmistrova OA, Gol'cov AJu, Abramova LI, Kaleda VG, Orlova VA, Rogaev EI. MikroRNK pri shizofrenii: geneticheskij analiz i jekspressija gena miR-130b (22q11) (uskorennaja publikacija). [MicroRNA in schizophrenia: genetic analysis and expression of the miR-130b gene (22q11) (accelerated publication)]. Biohimija. 2007;72(7):860-5. (in Russian).

Giraldez AJ, Cinalli RM, Glasner ME, Enright AJ, Thomson JM, Baskerville S, et al. MicroRNAs regulate brain morphogenesis in zebrafish. Science. 2005 May 6;308(5723): 833-8. doi: 10.1126/science.1109020

Miska EA, Alvarez-Saavedra E, Townsend M, Yoshii A, Sestan N, Rakic P, et al. Microarray analysis of microRNA expression in the developing mammalian brain. Genome Biol. 2004 Aug 31;5(9):R68. doi: 10.1186/gb-2004-5-9-r68.

Rogaev EI. Malaja RNK v razvitii i zabolevanijah mozga cheloveka. [Small RNA in the development and diseases of the human brain]. Biohimija. 2006;71(1):127-31. (in Russian).

Xu J, Hu Z, Xu Z, Gu H, Yi L, Cao H, et al. Functional variant in microRNA-196a2 contributes to the susceptibility of congenital heart disease in a Chinese population. Hum Mutat. 2009 Aug;30(8):1231-6. doi: 10.1002/humu.21044.

Lim LP, Lau NC, Garrett-Engele P, Grimson A, Schelter JM, Castle J et al. Microarray analysis shows that some microRNAs downregulate large numbers of target mRNAs. Nature. 2005 Feb17;433(7027):769-73. doi: 10.1038/nature03315

Porrello ER, Johnson BA, Aurora AB, Simpson E, Nam YJ, Matkovich SJ, et al. MiR-15 family regulates postnatal mitotic arrest of cardiomyocytes. Circ Res. 2011 Sep 2;109(6):670-9. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.248880.

Kucher AN, Babushkina NP. Rol' mikro-RNK, genov ih biogeneza i funkcionirovanija v razvitii patologicheskih sostojanij u cheloveka. [The role of micro-RNA, the genes of their biogenesis and functioning in the development of pathological conditions in humans]. Meditsinskaya genetika. 2011;1:3-13. (in Russian).

Zhou Q, Li M, Wang X, Li Q, Wang T, Zhu Q, et al. Immune-related microRNAs are abundant in breast milk exosomes. Int J Biol Sci. 2012;8(1):118-23.

Munch EM, Harris RA, Mohammad M, Benham AL, Pejerrey SM, Showalter L, et al. Transcriptome profiling of microRNA by Next-Gen deep sequencing reveals known and novel miRNA species in the lipid fraction of human breast milk. PLoS One. 2013;8(2):50564. doi: 10.1371/journal.pone.0050564.

Tili E, Michaille JJ, Calin GA. Expression and function of micro-RNAs in immune cells during normal or disease state. Int J Med Sci. 2008 Apr 3;5(2):73-9.

Barnes D, Kunitomi M, Vignuzzi M, Saksela K, Andino R. Harnessing endogenous miRNAs to control virus tissue tropism as a strategy for developing attenuated virus vaccines. Cell Host Microbe. 2008 Sep 11;4(3):239-48. doi: 10.1016/j.chom.2008.08.003.

Scaria V, Hariharan M, Pillai B, Maiti S, Brahmachari SK. Host-virus genome interactions: macro roles for microRNAs. Cell Microbiol. 2007 Dec;9(12):2784-94. doi: 10.1111/j.1462-5822.2007.01050.x


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Lau NC, Lim LP, Weinstein EG, Bartel DP. An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):858-62. doi:10.1126/science.1065062.

2. Lagos-Quintana M, Rauhut R, Lendeckel W, Tuschl T. Identification of novel genes coding for small expressed RNAs. Science. 2001 Oct 26;294(5543):853-8. doi: 10.1126/science.1064921.

3. Lee RC, Ambros V. An extensive class of small RNAs in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):862-4. doi: 10.1126/science.1065329.

4. Ghildiyal M, Zamore PD. Small silencing RNAs: an expanding universe. Nat Rev Genet. 2009 Feb;10(2):94-108. doi: 10.1038/nrg2504.

5. Friedman RC, Farh KK, Burge CB, Bartel DP. Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs. Genome Res. 2009 Jan;19(1):92-105. doi: 10.1101/gr.082701.108.

6. Guo H, Ingolia NT, Weissman JS, Bartel DP. Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 2010 Aug 12;466(7308):835-40. doi: 10.1038/nature09267.

7. Bartel DP. MicroRNA Target Recognition and Regulatory Functions. Cell. 2009 Jan 23;136(2):215-33. doi: 10.1016/j.cell.2009.01.002.

8. miRDB is an online database for miRNA [Internet]. [updated 2014 June 26; cited 2017 Aug 5]. Available from: http://www.mirdb.org/

9. miRbase: the microRNA database [Internet]. [updated 2014 June 26; cited 2017 Aug 5]. Available from: http://www.mirbase.org/

10. Marson A, Levine SS, Cole MF, Frampton GM, Brambrink T, Johnstone S, et al. Connecting microRNA genes to the core transcriptional regulatory circuitry of embryonic stem cells. Cell. 2008 Aug 8;134(3):521-33. doi: 10.1016/ j.cell.2008.07.020.

11. Grimson A, Srivastava M, Fahey B, Woodcroft BJ, Chiang HR, King N, et al. Early origins and evolution of microRNAs and Piwi-interacting RNAs in animals. Nature. 2008 Oct 30;455(7217):1193-7. doi: 10.1038/nature07415.

12. Piriyapongsa J, Marino-Ramirez L, Jordan IK. Origin and evolution of human microRNAs from transposable elements. Genetics. 2007 Jun;176(2):1323-37. doi: 10.1534/genetics.107.072553.

13. Йонг Х, Джи ЛЦ, Ксюе ЛЮ, Тинг ШК, Цан БВ, Ксянг ЧЧ. Молекулярные функции малых регуляторных некодирующих РНК. Обзор. Биохимия. 2013;78(3):303-13.

14. Krawetz SA, Kruger A, Lalancette C, Tagett R, Anton E, Draghici S, et al. A survey of small RNAs in human sperm. Hum Reprod. 2011 Dec;26(12):3401-12. doi: 10.1093/humrep/der329.

15. Sendler E, Johnson GD, Mao S, Goodrich RJ, Diamond MP, Hauser R, et al. Stability, delivery and functions of human sperm RNAs at fertilization. Nucleic Acids Res. 2013 Apr;41(7):4104-17. doi: 10.1093/nar/gkt132

16. García-López J, del Mazo J. Expression dynamics of microRNA biogenesis during preimplantation mouse development. Biochim Biophys Acta. 2012 Aug;1819(8):847-54. doi: 10.1016/j.bbagrm.2012.03.007.

17. Virant-Klun I, Ståhlberg A, Kubista M, Skutella T. MicroRNAs: From Female Fertility, Germ Cells, and Stem Cells to Cancer in Humans. Stem Cells Int. 2016;2016:3984937. doi: 10.1155/2016/3984937.

18. Kropp J, Salih SM, Khatib H. Expression of microRNAs in bovine and human pre-implantation embryo culture media. Front Genet. 2014 Apr 24;5:91. doi: 10.3389/fgene.2014.00091.

19. Rosenbluth EM, Shelton DN, Wells LM, Sparks AE, Van Voorhis BJ. Human embryos secrete microRNAs into culture media - a potential biomarker for implantation. Fertil Steril. 2014 May;101(5):1493-500. doi: 10.1016/ j.fertnstert.2014.01.058.

20. Wang J, Park JW, Drissi H, Wang X, Xu RH. Epigenetic regulation of miR-302 by JMJD1C inhibits neural differentiation of human embryonic stem cells. J Biol Chem. 2014 Jan 24;289(4):2384-95. doi: 10.1074/jbc.M113.535799.

21. Lee Y, Kim M, Han J, Yeom KH, Lee S, Baek SH, et al. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 2004 Oct 13;23(20):4051-60. doi:10.1038/sj.emboj.7600385.

22. Nam S, Kim B, Shin S, Lee S. miRGator: an integrated system for functional annotation of microRNAs. Nucleic Acids Res. 2008 Jan;36(Database issue):159-64. doi: 10.1093/nar/gkm829.

23. Kummerfeld SK, Teichmann SA. DBD: a transcription factor prediction database. Nucleic Acids Res. 2006 Jan 1;34(Database issue):74-81. doi: 10.1093/nar/gkj131

24. Wilson D, Charoensawan V, Kummerfeld SK, Teichmann SA. DBD-taxonomically broad transcription factor predictions: new content and functionality. Nucleic Acids Res. 2008 Jan; 36(Database issue): D88-92. doi:10.1093/nar/gkm964

25. Sempere LF, Sokol NS, Dubrovsky EB, Berger EM, Ambros V. Temporal regulation of microRNA expression in Drosophila melanogaster mediated by hormonal signals and broad-Complex gene activity. Dev Biol. 2003 Jul 1;259(1):9-18.

26. Колесников НН, Tитов СЕ, Веряскина ЮА, Карпинская ЕВ, Шевченко СП, Ахмерова ЛГ, и др. МикроРНК, эволюция и рак. Цитология. 2013;55(3):159-64.

27. Makeyev EV, Zhang J, Carrasco MA, Maniatis T. The MicroRNA miR-124 promotes neuronal differentiation by triggering brain-specific alternative pre-mRNA splicing. Mol Cell. 2007 Aug 3;27(3):435-48. doi: 10.1016/j.molcel.2007.07.015.

28. Visvanathan J, Lee S, Lee B, Lee JW, Lee SK. The microRNA miR-124 antagonizes the anti-neural REST/SCP1 pathway during embryonic CNS development. Genes Dev. 2007 Apr 1;21(7):744-9. doi: 10.1101/gad.1519107.

29. Abelson JF, Kwan KY, O'Roak BJ, Baek DY, Stillman AA, Morgan TM, et al. Sequence variants in SLITRK1 are associated with Tourette's syndrome. Science. 2005 Oct 14;310(5746):317-20. doi: 10.1126/science.1116502.

30. McNeill E, Van Vactor D. MicroRNAs shape the neuronal landscape. Neuron. 2012 Aug 9;75(3):363-79. doi: 10.1016/j.neuron.2012.07.005.

31. Бурмистрова ОА, Гольцов АЮ, Абрамова ЛИ, Каледа ВГ, Орлова ВА, Рогачев ЕИ. Mикро-РНК при шизофрении: генетический анализ и экспрессия гена miR-130b (22q11) (ускоренная публикация). Биохимия. 2007;72(7):860-5.

32. Giraldez AJ, Cinalli RM, Glasner ME, Enright AJ, Thomson JM, Baskerville S, et al. MicroRNAs regulate brain morphogenesis in zebrafish. Science. 2005 May 6;308(5723): 833-8. doi: 10.1126/science.1109020

33. Miska EA, Alvarez-Saavedra E, Townsend M, Yoshii A, Sestan N, Rakic P, et al. Microarray analysis of microRNA expression in the developing mammalian brain. Genome Biol. 2004 Aug 31;5(9):R68. doi: 10.1186/gb-2004-5-9-r68.

34. Рогаев ЕИ. Малая РНК в развитии и заболеваниях мозга человека. Биохимия. 2006;71(1):127-31.

35. Xu J, Hu Z, Xu Z, Gu H, Yi L, Cao H, et al. Functional variant in microRNA-196a2 contributes to the susceptibility of congenital heart disease in a Chinese population. Hum Mutat. 2009 Aug;30(8):1231-6. doi: 10.1002/humu.21044.

36. Lim LP, Lau NC, Garrett-Engele P, Grimson A, Schelter JM, Castle J et al. Microarray analysis shows that some microRNAs downregulate large numbers of target mRNAs. Nature. 2005 Feb17;433(7027):769-73. doi: 10.1038/nature03315

37. Porrello ER, Johnson BA, Aurora AB, Simpson E, Nam YJ, Matkovich SJ, et al. MiR-15 family regulates postnatal mitotic arrest of cardiomyocytes. Circ Res. 2011 Sep 2;109(6):670-9. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.248880.

38. Кучер АН, Бабушкина НП. Роль микро-РНК, генов их биогенеза и функционирования в развитии патологических состояний у человека. Медицинская генетика. 2011;1:3-13.

39. Zhou Q, Li M, Wang X, Li Q, Wang T, Zhu Q, et al. Immune-related microRNAs are abundant in breast milk exosomes. Int J Biol Sci. 2012;8(1):118-23.

40. Munch EM, Harris RA, Mohammad M, Benham AL, Pejerrey SM, Showalter L, et al. Transcriptome profiling of microRNA by Next-Gen deep sequencing reveals known and novel miRNA species in the lipid fraction of human breast milk. PLoS One. 2013;8(2):50564. doi: 10.1371/journal.pone.0050564.

41. Tili E, Michaille JJ, Calin GA. Expression and function of micro-RNAs in immune cells during normal or disease state. Int J Med Sci. 2008 Apr 3;5(2):73-9.

42. Barnes D, Kunitomi M, Vignuzzi M, Saksela K, Andino R. Harnessing endogenous miRNAs to control virus tissue tropism as a strategy for developing attenuated virus vaccines. Cell Host Microbe. 2008 Sep 11;4(3):239-48. doi: 10.1016/j.chom.2008.08.003.

43. Scaria V, Hariharan M, Pillai B, Maiti S, Brahmachari SK. Host-virus genome interactions: macro roles for microRNAs. Cell Microbiol. 2007 Dec;9(12):2784-94. doi: 10.1111/j.1462-5822.2007.01050.x





DOI: https://doi.org/10.24061/2413-4260.VII.3.25.2017.13

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2017 V. P. Pishak, M. O. Ryznychuk

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Creative Commons License
Журнал «Неонатологія, хірургія та перинатальна медицина» ISSN 2413-4260 (Online), ISSN 2226-1230 (Print) This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.