Mikro-RNA

MikroRNA-d (lühendatult miRNA; ingl "microRNA") on lühikesed, keskmiselt 20–25 nukleotiidi pikkused üksikahelalised RNA-molekulid, mida sünteesitakse eukarüootsete rakkude tuumades.
MiRNA-d on posttranskriptsioonilised regulaatorid, mis seonduvad "messenger RNA" (mRNA) transkriptide komplementaarsetele järjestustele. Tavaliselt on selle tagajärjeks translatsiooniline repressioon või märklaud-mRNA degradatsioon ja geeni vaigistamine. Inimese genoom võib kodeerida üle 1000 miRNA ning nende märklauaks võib olla kuni 60% imetajate geenidest. miRNA-sid leidub inimesel rohkelt väga erinevates koetüüpides.
miRNA-d erinevad oma omadustelt taimedes ja loomades. Taimedes on miRNA-de komplementaarsus oma märklaud-mRNAle täiuslik või mõne üksiku mittesobiva paardumisega. Loomades ("Metazoa") hõlmab miRNA komplementaarsus 5` otsa 2–7 aluspaari, mikroRNA alusjärjestust (ingl "seed region"). Üks mikroRNA võib seostuda ühe ja sama mRNA mitme erineva saidiga või paljude erinevate mRNA-dega.
Veel üks erinevus taimedes ja loomades on märklaud-mRNA seostumissaidi asukohas. Loomades asuvad miRNA-de märklaudsaidid mRNA-de 3` mittetransleeritavates regioonides (3`UTR- "untranslated region"). Taimedes võivad märklaudsaidid asuda samuti mRNA-de 3`mittetransleerivates regioonides, kuid sagedamini paiknevad nad kodeerivas alas. miRNA-de geenide järjestused on eukarüootsetes organismides küllalt konserveerunud. miRNA-d arvatakse olevat organismidele eluliselt oluline ja evolutsiooniliselt vana geneetilise regulatsiooni komponent.
Esimesi miRNA-sid kirjeldati 1990. aastate algul. Siiski, miRNA-sid ei tunnistatud kui eraldi konserveerunud funktsioonidega bioloogiliste regulaatorite klassi kuni 2000. aastate algusaastateni. Alates sellest ajast on miRNA-de uurimine paljastanud mitmeid rolle negatiivses regulatsioonis (transkripti degradatsioon, translatsiooniline supressioon) ja võimalikku seotust positiivse regulatsiooniga (translatsiooniline ning transkriptsiooniline aktivatsioon). miRNA-d osalevad geeniregulatsiooni mõjutajatena tõenäoliselt peaaegu kõikides bioloogilistes protsessides. Erinevates rakutüüpides ja kudedes esinevad erinevad ekspresseerunud miRNA-de komplektid.
Kõrvalekaldeid miRNA-de ekspressioonis on seostatud mitmete haiguslike seisunditega ning uurimise all on miRNA-del põhinevad teraapiad.
Ajalugu.
Victor Ambros, Rosalind Lee ja Rhonda Feinbaum avastasid 1993. aastal mikroRNA-d, kui nad uurisid geen "lin-14" rolli varbussi ("Caenorhabditis elegans") arengus. Nad leidsid, et valk LIN-14 rohkust reguleeris lühike RNA produkt, mida kodeeris "lin-4" geen. "Lin-4" geeni 61-nukleotiidne prekursor matureerus 22 nukleotiidi pikkuseks RNAks, mis sisaldas osaliselt komplementaarseid järjestusi mitmetele 3`UTR järjestustele "lin-14" mRNAs. See komplementaarsus oli nii vajalik kui ka piisav inhibeerimaks "lin-14" mRNA translatsiooni LIN-14 valguks. "lin-14" RNA oli esimene identifitseeritud mikroRNA, kuigi tollel ajal peeti selle olemasolu nematoodi ("C.elegansi") omapäraks. Alles 2000. aastal kirjeldati järgmist selletaolist RNA-d: let-7, mis represseeris geenide "lin-41", "lin-14", "lin-28", "lin-42" ja "daf-12" ekspressiooni "C.elegans"i arengustaadiumite üleminekute jooksul. Peagi leiti, et let-7 on konserveerunud paljudes liikides, viidates võimalusele, et miRNA-sid leidub seni arvatust rohkemates organismides.
Nomenklatuur.
Standardse nomenklatuuri süsteemi alusel määratakse eksperimentaalselt kinnitatud miRNA-dele nimed enne nende avastamisest teavitavate publikatsioonide avaldamist. Eesliitele 'mir ' järgneb sidekriips ja number, kusjuures viimane näitab sageli nimetamise järjekorda. Näiteks mir-123 nimetati ning tõenäoliselt ka avastati enne kui mir-456. Eesliide ' mir-' (ilma suurtäheta) viitab pre-miRNAle, suure tähega 'miR-' aga miRNA küpsele vormile. Peaaegu identsete järjestustega miRNA-d, mis erinevad vaid nukleotiidi või paari poolest, märgitakse lisaks alaindeksitega. Näiteks, miR-123a oleks lähedases suguluses miR-123b-ga. Pre-miRNA-d, mille tulemuseks on 100% identsed küpsed miRNA-d, kuid mis asuvad genoomis erinevates kohtades, märgitakse täiendavate numberliidetega, mis on sidekriipsuga eraldatud. Näiteks pre-miRNA-d hsa-mir-194-1 ja hsa-mir-194-2 viivad identse küpse miRNA (hsa-miR-194) avaldumiseni, kuid paiknevad genoomis erinevates kohtades. Päritolu liik on tähistatud kolmetähelise eesliitega, näiteks hsa-miR-123 on inimese ("Homo sapiens") ning oar-miR-123 lamba ("Ovis aries") miRNA. Teised sageli kasutatavad eesliited: V-viiruslik (miRNA, mis on kodeeritud viiruse genoomi poolt), d-"Drosophila" miRNA (puuviljakärbes, klassikaline geneetikas kasutatav mudelorganism). Kui kaks küpset miRNAd pärinevad sama pre-miRNA vastasõlgadest (eri otstest), märgitakse need −3p või −5p järelliidetega (varem on kasutatud erinevuse väljatoomiseks 's' ("sense") ja 'as' ("antisense")). Kui on teada suhtelised üheahelaliste miRNA-de ekspressioonitasemed, tähistab nime taga olev tärn (*) vastava miRNA avaldumist madalamatel tasemetel kui juuksenõela struktuuri vastasõlas olev miRNA. Näiteks miR-123 ja miR-123* jagavad ühist pre-miRNA juuksenõela, aga rakus on rohkem miR-123e.
Biogenees.
Enamik kirjeldatud miRNA geenidest on intergeensed või on orienteeritud "antisense" positsioonis naabergeenide suhtes ning seetõttu on alust arvata, et neid transkribeeritakse iseseisvate üksustena. Kuni 40% miRNA geenidest võivad paikneda valke kodeerivate ja valke mittekodeerivate geenide intronites või isegi mittekodeerivate pikkade transkriptide eksonites. Need on tavaliselt, kuid mitte ainult, "sense" orientatsioonis ning on seetõttu harilikult reguleeritud koos oma peremeesgeenidega.
 Teised miRNA-de geenid, mille puhul on näidatud üht ühist promootorit, hõlmavad 42–48% kõikidest miRNA-dest, mis pärinevad polütsistroonsetest ühikutest ning sisaldavad mitmeid diskreetseid (eraldiseisvaid) linge, millest küpsed miRNA-d protsessitakse. See ei tähenda tingimata, et ühe perekonna küpsed miRNA-d on struktuurilt ja funktsioonilt homoloogsed. Eelpool mainitud promootori motiivide puhul on leitud mõningaid sarnasusi (valke kodeerivate) geenide promootoritega, mida transkribeerib RNA polümeraas II. 6% inimese miRNA-de puhul esineb RNA toimetamist (RNA editing): järjestuste kohtspetsiifilisi modifikatsioone, mille eesmärk on toota teistsuguseid produkte, kui algselt kodeeritud DNA poolt. See suurendab miRNA-de tegevuse mitmekesisust ja ulatust kaugelt rohkem, kui seda võimaldab genoom üksinda.
Transkriptsioon.
Harilikult transkribeerib RNA polümeraas II (Pol II) miRNA-de geene. Polümeraas seondub sageli promootorile, mis asetseb sellise DNA järjestuse lähedal, mis kodeerib tulevast pre-miRNA (prekursor miRNA- tekib Drosha lõikamise tagajärjel, "stem-loop" struktuuriga) juuksenõela lingu. Transkriptile lisatakse 5’ otsa "cap"-struktuur, spetsiifiliselt modifitseeritud nukleotiid, ning polüadenüleeritakse mitme adenosiiniga (adeniin + β-D-riboos), selle tagajärjel moodustub polü(A) saba. Viimaks pre-miRNA splaissitakse. Loomade miRNA-d on algselt transkribeeritud osana ~80 nukleotiidse RNA "stem-loop" struktuuri õlast. See struktuur moodustab omakorda osa mitmesaja nukleotiidi pikkusest primaarsest miRNAst (pri-miRNA- polümeraas II transkriptsiooni tulemus, selle lõikamisel Droshaga saadakse pre-miRNA). Juhul kui "stem-loop" prekursor asub 3’ UTR järjestuses, võib transkript funktsioneerida nii pri-miRNA kui ka mRNAna. RNA polümeraas III (Pol III) transkribeerib mõningaid miRNA-sid, eriti neid, millel on "upstream" (ülesvoolu) Alu järjestused (teatud tüüpi mobiilsed elemendid); transport RNA-sid (tRNA) ja MWIR ("mammalian wide interspersed repeat") promooteri üksuseid.
Tuumasisene protsessimine.
Üksainuke pri-miRNA võib sisaldada 1–6 miRNA prekursorit. Iga juuksenõelastruktuur koosneb umbes 70 nukleotiidist. Juuksenõela ümbritsevad külgedelt efektiivseks protsessinguks vajalikud järjestused. Tuumavalk DGCR8 ("DiGeorge Syndrome Critical Region 8" või „Pasha“ selgrootutes), mis on nime saanud DiGeorge sündroomi järgi, tunneb ära juuksenõelte kaheahelalise RNA struktuuri pri-miRNAs. DGCR8 seostub ensüüm Droshaga, mis lõikab RNA-d. Koos moodustavad nad kompleksi, milles DGCR8 suunab Drosha katalüütilist RNaas III domeeni juuksenõela struktuure pri-miRNAst lahti lõikama. Drosha katkestab RNA-d umbes 11 nukleotiidi kauguselt juuksenõela basaalsest osast (kaks helikaalset pööret tüvest eemal). Tekkinud produktil on kahenukleotiidne üleulatuv ots 3’ otsas; 3’ hüdroksüül- ja 5’ fosfaatgrupid. Seda nimetatakse pre-miRNAks (prekursor-miRNA).
Pre-miRNA-sid, mis splaissitakse otse intronitest ning hoiduvad Drosha ja DGCR8 omavahelisest kompleksist, tuntakse mirtronitena. Algselt leiti mirtroneid ainult äädikakärbsel ja varbussil, kuid nüüdseks on neid leitud ka imetajatel.
Võimalik, et kuni 16% pri-miRNA-dest muudetakse RNA toimetamise (ingl "RNA editing") kaudu.
Kõige tavalisemal juhul katalüüsib kaheahelalise RNA spetsiifiline adenosiini deaminaas (ingl "ADAR- double-stranded RNA-specific adenosine deaminase") adenosiini inosiiniks (A &gt; I) muutumise transitsiooni. RNA toimetamine võib peatada tuumasisest protsessingut (näiteks pri-miR-142 protsessimise, mis viib degradatsioonini ribonukleaas Tudor-SN kaudu) ning muuta "downstream" (allavoolu) protsesse, kaasa arvatud tsütoplasmaatilist miRNA protsessimist ning märklaua spetsiifilisust (näiteks muutes miR-376 nn alusjärjestust (ingl "seed region") kesknärvisüsteemis).
Eksport tuumast.
Eksportiin-5 (ingl "exportin-5") transpordib pre-miRNA juuksenõelad tuumast tsütoplasmassse. See valk tunneb ära kahenukleotiidse üleulatuva osa pre-miRNA juuksenõela 3' otsas, mille tekitas RNaas III-set aktiivsust omav Drosha. Eksportiin-5 vahendatud transport tsütoplasmasse vajab lisaenergiat, kasutades Ran valgu külge seotud GTPd.
Tsütoplasmaatiline protsessimine.
Tsütoplasmas lõikab pre-miRNA juuksenõela RNaas III ensüüm Dicer. See endoribonukleaas interakteerub juuksenõela 3' otsaga ning lõikab ära lingu, mis ühendab 3' ja 5' õlgasid; tootes umbes 22 nukleotiidi pikkuse miRNA-miRNA* dupleksi ("guide"-ahel ja "passanger"-ahel, viimane on tähistatud tärniga ning läheb lagundamisele, esimene seevastu ühineb RISC kompleksiga). Üleüldine juuksenõela pikkus ja lingu suurus mõjutavad Diceri protsessimise efektiivsust, samuti mõjutab lõikamist miRNA-miRNA* paardumise mittetäielik iseloom. Kuigi potentsiaalselt võivad funktsionaalse miRNAna tegutseda mõlemad dupleksiahelad, kaasatakse harilikult ainult üks neist RNA-indutseeritud vaigistamise kompleksi (RISC- "RNA-induced silencing complex"), kus toimub miRNA ja tema märklaud-mRNA interakteerumine.
Biogenees taimedes.
miRNA-de biogenees taimedes erineb biogeneesist loomades põhiliselt tuumasisese protsessimise ja ekspordi etappides. Küpsemisjärgus miRNAd ei lõika taimedes kaks erinevat ensüümi, vaid mõlemat lõikamist teostab Diceri homoloog, lühendatult DL1 (ingl "Dicer-like"). DL1 ekspresseerub ainult taimerakkude tuumades, mis viitab sellele, et mõlemad reaktsioonid leiavad aset tuumasiseselt. Enne kui taime miRNA-miRNA* dupleksid tuumast välja transporditakse, metüleerib Hua-Enhancer1 (HEN1) nende 3' üleulatuvad otsad. Seejärel transpordib valk Hasty (HST, Eksportiin-5 homoloog) dupleksi tuumast tsütoplasmasse. Tsütoplasmas dupleks laguneb ja küps miRNA ühendatakse RISC kompleksiga.
RISC kompleks.
"Põhiartikkel: RNA-induced silecing complex"
Küps miRNA on osa aktiivsest RISC kompleksist, mis sisaldab veel Dicerit ja mitmeid assotsieerunud lisavalke. RISCi tuntakse ka mikroRNA nukleoproteiin kompleksina (ingl "miRNP – microRNA ribonucleoprotein complex"), miRNAga seostunud RRISC-ile viidatakse mõnikord ka kui 'miRISC-le.
Diceri pre-miRNA protsessing võib toimuda paaris dupleksi lahtikeerdumisega. Üldiselt on RISC kompleksiga seotud ainult üks ahel, mis on valitud tema termodünaamilise ebastabiilsuse ja nõrgema aluspaardumise tõttu võrreldes teise ahelaga. "Stem-loop" struktuuri positsioon võib samuti mõjutada ahela valikut. Teist ahelat nimetatakse "passenger"-ahelaks tema madalamate tasemete pärast stabiilses seisundis ning tähistatakse tärniga (*). Reeglina "passenger"-ahel degradeeritakse. Mõningatel juhtudel on mõlemad dupleksiahelad elujõulised ning saavad funktsionaalseteks miRNA-deks.
RISC kompleksi funktsiooni täitmisel on tsentraalse tähtsusega argonaut (Ago) valgu perekonna liikmed. Argonaute on vaja miRNA-indutseeritud geenide vaigistamiseks, nad sisaldavad kahte konserveerunud RNA seondamise domeeni: PAZ domeen, millele saab seonduda küpse miRNA üheahelaline 3' ots ning PIWI domeen, mis sarnaneb struktuurilt ribonukleaas H-ga ning funktsioneerib, interakteerudes juhtahela 5' otsaga. Nad seovad küpset miRNA-d ning orienteerivad seda interaktsiooniks märklaud mRNAga. Mõned argonaudid, näiteks inimese Ago2, otseselt lõikavad märklaua transkripti. Argonaudid võivad ka värvata lisavalke saavutamaks translatsioonilist repressiooni. Inimese genoom kodeerib kaheksat argonaut-valku, mis jagatakse järjestuste sarnasuste alusel kahte perekonda: AGO (selle perekonna neli esindajat leiduvad kõikides imetajate rakkudes, inimese rakkudes nimetatakse neid E1F2C/hAgo-deks) ning PIWI (leitud idutee ning hematopoeetilistest tüvirakkudest).
Täiendavad RISC kompleksi komponendid hõlmavad TRBP-d (ingl "human immunodeficiency virus (HIV) transactivating response RNA (TAR) binding protein"), PACT-i "(ingl protein activator of the interferon induced protein kinase(PACT)"), SMN kompleksi, fragiilse X vaimse puude valku (ingl "FMRP-fragile X mental retardation protein") ja Tudori stafülokokset nukleaas-domeeni sisaldav valku (ingl "Tudor-SN -Tudor staphylococcal nuclease-domain-containing protein").
Vaigistamise moodus.
Geeni saab vaigistada mRNA-d degradeerides või takistades translatsiooni mRNAlt. On demonstreeritud, et täieliku komplementaarsuse korral miRNA ja tema märklaud-mRNA järjestuse vahel saab Ago2 mRNA-d lõigata ning juhtida selle otsesele degradatsioonile. Kuid kui täielikku komplementaarsust ei esine, siis saavutatakse geeni vaigistamine translatsiooni ärahoidmise teel.
miRNA-de stabiliseerimine.
Küpsete miRNA-de ringlus on vajalik järskudeks muutusteks miRNA-de avaldumisprofiilides. miRNA küpsemise jooksul tsütoplasmas tema kasutuselevõtt argonaut-valgu poolt arvatakse olevat stabiliseeriva mõjuga "guide"-ahelale, samal ajal kui "passenger"-ahel eelistatult hävitatakse. Seda on nimetatud ka "Use it or lose it" strateegiaks (Kasuta või kaota strateegia). Argonaut võib eelistatult säilitada miRNA-sid, millel on palju märklaudu, miRNA-de suhtes, millel on mõni üksik või ei ole ühtki märklauda. See viib tavaliselt märklaudu mitteomavate molekulide lagundamiseni.
"C.elegans"'is vahendab küpsete miRNA-de lagundamist 5´&gt; 3´ suunaline eksoribonukleaas XRN2, tuntud ka kui Rat1p. Taimedes lagundavad miRNA-sid SDN (ingl "small RNA degrading nuclease") perekonna liikmed vastupidises suunas (3 '&gt; 5'). Sarnaseid ensüüme kodeeritakse ka loomade genoomides, aga nende roll pole veel teada. Mitmed miRNA modifikatsioonid mõjutavad tema stabiilsust. Nagu näidatud töös mudelorganismiga "Arabidopsis thaliana" (harilik müürlook), küpsed taime miRNA-d paistavad olevat stabiliseeritud lisa metüülrühmadega 3' otsas. 2'-O-konjugeeritud metüülrühmad blokeerivad uratsiili (U) jääkide lisandumise 3' otsa uridüültransferaasi ensüümi abil. Seda viimast modifikatsiooni on seostatud võimaliku miRNA degradatsiooniga. Siiski, uridülatsioon võib osasid miRNA-sid hoopis kaitsta. Selle modifikatsiooni tagajärjed pole lõplikult teada. On täheldatud mõnede loomsete miRNA-de uridülatsiooni. Nii taimseid kui loomseid miRNA-sid saab muutaadeniini (A) jääkide lisamisega miRNA 3' otsa. Lisa A lisamine imetaja miR-122le, "liver-enriched" miRNA, mis on oluline C-hepatiidi puhul, stabiliseerib selle molekuli. Adeniini jäägiga lõppevad taimsed miRNA-d lagunevad aeglasemalt.
Rakulised funktsioonid.
miRNA-de funktsioon seisneb geeniregulatsioonis. Geenide aktiivsuse mõjutamiseks on miRNA-d komplementaarsed osaga ühest või mitmest informatsiooni-RNAst (mRNA) (ingl "mRNA-messenger RNA"). Loomade miRNA-d on tavaliselt komplementaarsed saidiga 3' UTRs, samal ajal kui taimede miRNA-d on harilikult komplementaarsed mRNA-de kodeerivate järjestustega. Perfektne või peaaegu täiuslik aluspaaride seondumine märklaud mRNAga indutseerib RNA lõikamist. See on taimset päritolu miRNA-de esmane talitlusviis. Loomades paarduvad miRNA-d sageli vaid osaliselt ning inhibeerivad märklaud-mRNA valgu translatsiooni selline mehhanism esineb ka taimedes, kuid harvemini. mikroRNA-d, mis on märklaua suhtes osaliselt komplementaarsed, saavad kiirendada deadenülatsiooni, põhjustades mRNA-de varajasema degradatsiooni. Selleks, et osaliselt komplementaarsed miRNA-d oma märklauad ära tunneksid, peavad nukleotiidid 2–7 mRNA "seed" järjestuses olema perfektselt komplementarsed mRNA teatud järjestusega. miRNA-d võivad aeg-ajalt põhjustada histoonide modifitseerimist ning DNA promootorsaitide metülatsiooni, mis mõjutab märklaudgeenide avaldumist.
Erinevalt taimede miRNA-dest on loomades miRNA-de märklauaks väga lai valik geene. Siiski on kõikidele rakkudele omaste funktsioonidega seotud geenides suhteliselt vähem miRNA-de märklaudsaite ning tundub, et sellised geenid on valiku all, vältimaks miRNA-de märkalauaks olemist.
dsRNA-d ("double-strand RNA") võivad aktiveerida geeniekspressiooni, see mehhanism on saanud nimetuse "väikese RNA indutseeritud geeniaktivatsioon" (ingl "small RNA-induced gene activation", "RNAa"). dsRNA-d võivad indutseerida endaga seotud geenide potentsiaalset transkriptsiooni aktivatsiooni. Seda omadust on demonstreeritud inimese rakkudes, kasutades sünteetilisi dsRNA-sid, mida kutsutakse väikesteks aktiveerivateks RNA-deks (ingl saRNAs – "small activating RNA molecules"), aga on näidatud ka endogeensete miRNA-de puhul.
miRNA-de ja geenide (või pseudogeenide) komplementaarsetel paardumistel ning homoloogilistel järjestustel põhinevad interaktsioonid arvatakse olevat tugikanal, mis reguleerib paraloogsete geenide (ühise eellasega järjestused, tekivad duplikatsiooni teel) ekspressioonitasemeid. "Võistlevate endogeensete RNA-de" (ingl "competing endogenous RNAs (ceRNAs) ") nime all tuntud miRNA-de ülesandeks on seonduda "mikroRNA vastuselementidele", geenidele ja pseudogeenidele, sel moel pakkudes veel ühe seletuse mittekodeeriva DNA ("rämps" DNA) püsivusele.
Evolutsioon.
mikroRNA-d on olulised fülogeneetilised markerid oma märkimisväärselt madala evolutsioneerumisastme tõttu. Nende tekkimine võib olla üks põhjus, mis on võimaldanud arengut morfoloogiliste uuenduste vallas ning geeniekspressiooni spetsiifilsemaks muutumist ja peentuunimist (ingl "fine-tuning"), lubades sel viisil komplekssete organite teket ning lõppkokkuvõttes ehk ka kompleksset elu. Tõepoolest, järsud morfoloogiliste uuenduste plahvatused on üldjuhul seotud suurte koguste miRNA-de akumulatsiooniga.
mikroRNA-d pärinevad predominantselt juhuslike juuksenõel-struktuuride moodustumise tõttu mittekodeerivas DNA-s (intronid või intergeensed piirkonnad), aga ka juba olemasolevate mikroRNA-de duplikatsioonide ja modifikatsioonide käigus. Evolutsioneerumise aste (ingl "rate of evolution") evolutsioonilises mõttes hiljuti tekkinud miRNA-des on võrreldav mujal mittekodeerivas DNAs esinevate miRNA-dega, vihjates neutraalse triivi kaudu toimunud evolutsioonile. Vanematel miRNA-del on palju madalam järjestuste muutumisaste (sageli vähem kui üks asendus saja miljoni aasta kohta), viidates, et kui miRNA omandab mingi funktsiooni, satub ta äärmusliku puhastava valiku alla. Sellesse punkti jõudnuna läheb miRNA üliharva looma genoomist kaotsi, kuigi hiljutisest ajast (mõeldud on evolutsioonilist aega) pärinevad miRNA-d (värskelt tekkinud), mis on seega ilmselt mittefunktsionaalsed, lähevad pidevalt kaotsi. See muudab nad väärtuslikeks fülogeneetilisteks markeriteks ning neid vaadatakse kui võimalikke lahendusi väljapaistvatele fülogeneetilistele probleemidele, näiteks antropoodide omavahelised suhted.
mikroRNA-d esinevad enamiku eukarüootsete organismide genoomides, pruunvetikatest loomadeni. Kõikides liikides kokku on 2010. aasta märtsi seisuga identifitseeritud üle 5000 miRNA. Kuigi bakterites esinevad võrreldava funktsiooniga lühikesed (50 – sadu aluspaare) RNA järjestused, puuduvad neis siiski tõelised miRNA-d.
miRNA-de eksperimentaalne avastamine ja manipulatisoon.
miRNA-de ekspressiooni võib loendada kaheetapilises polümeraasi ahelreaktsiooni (RT-PCR; ingl "real-time polymerase chain reaction") protsessis, millest esimene on modifitseeritud RT-PCR, sellele järgneb kvantitatiivne reaalaja PCR. Selle meetodi variatsioonid võimaldavad leida miRNA-de absoluutse või suhtelise hulga.
miRNA-sid saab hübridiseerida mikrokiipidele (ingl "microarray"), mis on plaadid või kiibid kaevukestega sadade või tuhandete miRNA märklaudadega, nii et miRNA-de suhtelisi tasemeid erinevates proovides saab kindlaks määrata. mikroRNA-sid saab avastada ja profileerida suure läbilaskvusega sekveneerimismeetoditega. miRNA aktiivsust saab eksperimentaalselt inhibeerida lukustatud nukleiinhappe (LNA- ingl "locked nucleic acid") oligo, "Morpholino" oligo või 2`-O-metüül-RNA oligo järjestusega. Lisaks võib spetsiifilist miRNA-d vaigistada komplementaarse antagomir järjestusega (lühike sünteetiline märklaud-miRNAle komplementaarne järjestus). miRNA küpsemist võivad mitmetes punktides inhibeerida "steric-blocking" oligojärjestused. Nende oligojärjestustega saab blokeerida ka mRNA transkripti miRNA märklaudjärjestust. LNA on miRNA-de “in situ” detektsiooniks praegu ainus efektiivne meetod. LNA lukustatud konformatsioon põhjustab suurenenud hübridisatsiooniomadusi ning vähendab tundlikkust ja selektiivsust, tehes selle ideaalseks lühikeste miRNA-de tuvastamiseks.
miRNA-d ja haigused.
Just nagu miRNA-d on seotud eukarüootse raku normaalse funktsioneerimisega, on miRNA-de düsregulatsiooni seostatud haigustega. Käsitsi hallatud avalikus andmebaasis miR2Disease dokumenteeritakse teadaolevad suhted miRNA-de düsregulatsiooni ja inimese haiguste vahel.
miRNA-d ja pärilikud haigused.
Mutatsioon miR-96 alusjärjestuses (ingl "seed region") põhjustab pärilikku progressiivset kuulmiskaotust. Mutatsiooni miR-184 seemnejärjestuses tagajärjeks on pärilik keratokoonus (kreeka "kerato" 'sarv, sarvkest'; "konos" 'koonus') koos eesmise polaarse kataraktiga. miR-17 ~92 klastri deletsioon põhjustab skeleti ja kasvu defekte.
miRNA-d ja vähk.
Mitme miRNA puhul on leitud seoseid mitmesuguste vähitüüpidega. miRNA-21 oli üks esimesi mikroRNA-sid, mis identifitseeriti kui onkomiR.
Katse hiirtega, keda oli muudetud tootma ülehulgas c-Myc-d, näitas, et miRNA-del on roll vähi arengus. c-Myc on muteerunud vormidega valk, mis on seotud mitmete kasvajatüüpidega. Hiirtel, kes olid kavandatud produtseerima liiga palju erinevaid lümfis leiduvaid miRNA-sid, arenes haigus 50 päeva jooksul ning nad surid kaks nädalat hiljem. Võrdluseks, hiired ilma miRNA-de liigsete kogustega elasid üle saja päeva.
Leukeemiat võib põhjustada viiruse genoomi insertsioon miRNA-de rea 17–92 kõrvale, viies selle miRNA suurenenud ekspressioonini. Ühes teises uurimuses näidati, et kaks miRNA-de tüüpi inhibeerivad E2F1 valku, mis reguleerib raku proliferatsiooni. Antud juhul järeldub, et miRNA seostub mRNA-ga enne, kui sellest jõuavad translatsiooni teel tekkida valgud, mis lülitavad geene sisse ja välja.
Mõõtes 217-ne miRNA-sid kodeeriva geeni aktiivsust, leiti, et on võimalik tuvastada geenimustreid, mis on erinevat tüüpi vähkide puhul erinevad (mingi kindel muster on iseloomulik mingile vähitüübile). miRNA-de signatuurid annavad võimaluse vähi klassifikatsiooni loomiseks. See võimaldab arstidel kindlaks teha koe, kust vähk on alguse saanud, ning määrata ravi mis põhineb algsel koetüübil. miRNA-de profileerimine on juba praegu võimaldanud kindlaks teha, kas patsientidel kroonilise lümfotsütaarse leukeemiaga (KLL) on vähi aeglane või agressiivne vorm.
Teatud miRNA-sid ala- või üleekspresseerivate hiirte uurimine on lubanud pilgu heita väikeste RNA-de rollile mitmesugustes pahaloomulistes kasvajates.
Kliinilistel katsetustel on praegu uudne miRNA-de profileerimisel põhinev sõeluuring varases staadiumis oleva kolorektaalse vähi (käärsooles (ladina "colon") või pärasooles (ladina "rectum")) tuvastamiseks. Esimesed tulemused on näidanud, et varase eemaldatava (II staadiumi) kolorektaalse vähiga patsientide vereplasma proove on võimalik eristada samasooliste ja -vanuseliste tervete vabatahtlike proovidest. Piisava selektiivsuse ja spetsiifilisuse on võimalik saavutada kasutades väikeseid (alla 1 ml) vereproove. Sellel testil on potentsiaal saada tasuvaks mitteinvasiivseks mooduseks identifitseerida riskirühma kuuluvaid patsiente, kes muidu peaksid läbima kolonoskoopia protseduuri.
Teiseks miRNA-de kasutusalaks vähi puhul on nende ekspressioonitasemete kasutamine prognostikaks, näiteks uurimuses NSCLC (mitteväikerakuline kopsukartsinoom) (ingl "non-small-cell lung carcinoma") proovidest leiti, et madalad miR-324a tasemed võivad olla prognostiliseks indikaatoriks kehva elumuse jaoks; teine uurimus näitas, et kas kõrged miR-185 või madalad miR-133b tasemed korreleeruvad metastaasi ja madala elumusega kolorektaalse vähi puhul.
miRNA-d ja südamehaigused.
Varem on miRNA-de rolli südames käsitletud kui konditsionaalset miRNA maturatsiooni pärssimist hiire puhul, ning on selgunud, et miRNA-d tõepoolest mängivad südame arengus olulist rolli. miRNA-de ekspressiooni profileerimise uuringud demonstreerivad, et spetsiifiliste miRNA-de avaldumistasemed inimeses muutuvad südame haigestumise korral, viidates nende seotusele kardiomüopaatiale. Veelgi enam, spetsiifilised uuringud loommudelite peal on tuvastanud miRNA-de selgelt eristuvad rollid südame arengu jooksul ning patoloogiliste tingimuste korral, hõlmates kardiogeneesi võtmekomponentide regulatsiooni, hüpertroofilise kasvu (hüpertroofia – elundi või koe mahu suurenemine) vastust ja südame juhtivust.
miRNA-d ja närvisüsteem.
miRNA-d paistavad reguleerivat ka närvisüsteemi. Neuraalsed miRNA-d osalevad mitmesugustes sünaptilise arengu etappides, kaasa arvatud dendriitide geneesis (hõlmab miR-132, miR-134 ja miR-124), sünapsi moodustumises ja küpsemises (miR-134 ja miR-138 arvatakse olevat seotud). Mõned uurimused on leidnud skisofreenia korral muutunud miRNA-de ekspressiooni.
miRNA-d ja mittekodeerivad RNA-d.
Kui inimese genoomi projekti raames kaardistati esimene kromosoom 1999. aastal, ennustati, et inimese genoom sisaldab üle saja tuhande valku kodeeriva geeni. Vaatamata sellele oli 2004. aastaks viimaks identifitseeritud ainult 20 000 geeni ringis ("International Human Genome Sequencing Consortium" poolt). Alates sellest ajast on kombineeritud bioinformaatika lähenemisi genoomi mosaiiksuse uuringutega, mis vaatlevad transkriptoomi, süstemaatilise täispikkuses cDNA raamatukogude cDNA järjestamise ja eksperimentaalse hindamisega (hõlmates miRNA-de tuletatud antisense oligonukleotiidide ehk antagomiride loomist). Selline meetod on paljastanud, et paljud transkriptid on valku mittekodeerivad RNA-d, sisaldades ka mitmesuguseid snoRNA-sid ja miRNA-sid.