竞争性内源RNA（ceRNA）知识，调控模式与数据库锦

RNA家族作为科研界的后起之秀，一直备受瞩目。而近年来，除了魅力不减当年的miRNA、炙手可热的lncRNA外，竞争性内源RNA（ceRNA）也开始崭露头角，成为科研界的耀眼明星(ceRNA（竞争性内源RNA）：国自然基金热点领域)。

ceRNA（competing endogenous RNAs，竞争性内源RNA）假说揭示了一种RNA间相互作用的新机制。已知microRNA可以通过结合mRNA导致基因沉默，而ceRNA可以通过竞争性地结合microRNA来调节基因表达。ceRNA可以通过应答元件（microRNA response elements，MREs)与microRNA结合从而影响microRNA导致的基因沉默，这揭示了一条RNA->microRNA调节通路的存在，具有重大生物意义.

越来越多的研究表明ceRNA在异常转录组变化相关的病理方面（如肿瘤）中起重要的作用。目前发现ceRNAs调控模式至少有13种肿瘤（相信会越来越多），了解相关靶基因及调控方式，见下表。希望对拓宽大家的研究方向有所帮助。

表：ceRNAS对肿瘤生物学属性的调控模式

miRNA-ceRNA的相互作用

由上表可知，对于一个RNA转录物而言，无论它是否编码蛋白，都能与miRNA产生竞争性结合，相互调节，从而构成庞大的ceRNA网络。通过ceRNA网络和全基因组测序技术可以在细胞整体转录水平了解RNA之间的相互作用，同时利用数学建模可发现ceRNA只有在细胞内的基因丰度达到一定值才起到miRNA竞争抑制作用，且该模型也计算出了miRNA和ceRNA的化学计量比在接近1:1时，才可以使ceRNA的功能活性达到最佳水平。下图也展示了用全基因组测序技术来分析miRNA-ceRNA之间相互作用的3个策略。

Strategiesused to assess transcriptome-wide competition for microRNA binding

认识ceRNA与miRNA

其实，ceRNA并不是一种新的RNA分子，只是一种新发现的基因表达调节机制。且在此基础上提出的ceRNA假说是对传统miRNA→RNA学说的补充，并认为存在反向RNA→miRNA作用方式，即ceRNA是通过与miRNA反应原件（MREs）竞争相同的miRNA，进而调节靶基因转录本的表达。正如下图所示，当ceRNA表达沉默时，mRNA则在miRNA介导的沉默复合体（RISC）作用下降解；而当ceRNA被转录后，可竞争结合RISC复合物，降低miRNA抑制功能，上调靶基因的表达量。

而且相比于miRNA调控网络，ceRNA调控网络更为精细复杂，涉及到更多的RNA分子，包括人工miRNA抑制剂（ Artificial miRNA sponges）、假基因（pseudogene）、环状mRNA（circRNA）、病毒RNA抑制剂（viralmiRNA sponges）和mRNA。（见下图）

The active transcriptome available for microRNAbinding competition

■ 人工miRNA抑制剂

主要有两类：反义寡核苷酸（antimiRs）和构建含有MREs的转基因载体。前者主要是与miRNA几乎完全互补的小单链RNA寡核苷酸，可通过2’-O-甲基化或形成一个发夹结构来增强其稳定性。后者可以构建表达3’UTRs（富集多个MREs）的基因表达载体，而后在哺乳细胞内的强启动子的作用下进行稳定表达。然而，只有人工miRNA抑制剂在细胞内达到较高水平时，才能发挥有效的竞争miRNA的作用。

■ 假基因

假基因通常是基因组中与编码基因序列高度同源的非功能性DNA拷贝。因其在一般情况下都不编码蛋白而常被视为“进化垃圾”，但是ceRNA假说使假基因具备了调节功能。第一个在肿瘤中起着调节作用的假基因是PTENP1，它与肿瘤抑制基因PTEN同源，可竞争结合miR-19、miR-21等miRNA，上调PTEN基因的表达量，抑制肿瘤的生长(Cell：假性基因也可致癌)。

■ circRNA

与传统的线性RNA（含有5’和3’末端）不同，circRNA呈封闭环状结构，不受RNA外切酶影响。尽管circRNA是由外显子序列构成，但是一般并不翻译成蛋白，被定义为新型非编码RNA。现已证明具有调控功能的cirRNA有：在中枢神经系统影响miR-7靶标基因活性的cIRS-7（CDR1-AS）、影响miR-138功能活性的cir-Sry和在食管鳞癌中影响miR-7，miR-17和miR-214活性的cir-ITCH。

■ 病毒miRNA抑制剂

病毒可通过多种机制来控制宿主基因表达，最新研究表明病毒也可产生非编码RNA来调控S宿主靶基因表达。如在疱疹病毒转染的T细胞中高表达的富含尿嘧啶的HSURs，具有多个宿主miRNA家族（miR-16、miR-27a和miR-142-3p）的结合位点，可调节目的基因表达水平。此外，逆转录病毒的基因组RNA可作为ceRNA，如HCV的5’UTR可竞争结合miR-122。不同的是HCV RNA结合miR-122后并没有被降解，且依然能够稳定存在。

■ mRNA

编码蛋白的mRNA的3’UTR是miRNA结合位点的高度保守区域，因而也具有反式调节其他mRNA的作用。如肿瘤抑制基因PTENg，该基因不仅在多种肿瘤如恶性胶质瘤、前列腺癌中起调控作用，且可以和其他蛋白编码转录本进行miRNA的竞争结合。

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更多的数据库还可以参见：竞争性内源RNA（ceRNA）数据库资源集锦

（本文在解螺旋文章基础上，进一步修改而来）