基于信号通路模块的microRNA功能预测与验证

MicroRNA（miRNA）主要通过与靶基因mRNA 3'UTR结合发挥基因沉默作用，其生理功能是目前核酸领域研究的热点和重点。然而，miRNA多靶点调控给这方面的研究带来了不少困难。通过理论计算miRNA功能还只停留在靶基因预测的水平，靶基因数量众多，难以直接得知其功能。本课题结合新近发现的肺癌中基因突变集中在主要几条信号通路上这一现象，提出以信号通路为模块，通过分析靶基因受miRNA调控的几率、靶基因在肺癌中的突变频率、靶基因所在信号通路对肺癌发生的重要性，研究miRNA对不同信号通路模块的调控能力，综合miRNA对各模块的调控得分，判断其在肺癌中的潜在作用，并对模型预测准确性给予资料比对和细胞、动物水平两种方式验证。这一方法如能得以实施，将极大加速miRNA在不同疾病中的功能研究。

MicroRNA（miRNA）主要通过与靶基因mRNA 3’UTR结合发挥基因沉默作用，其生理功能是目前核酸领域研究的热点和重点。然而，miRNA多靶点调控给其功能预测带来了不少困难。本课题结合新近发现的肺癌中基因突变集中在主要几条信号通路上这一现象，提出以信号通路为模块，研究miRNA对不同信号通路模块的调控能力，判断其在肿瘤中的潜在作用这一思路。本课题选取了5056个基因，通过超几何分布计算发现，有些信号通路可显著的富集肺癌相关基因。利用mirPath软件预测miRNA对主要信号通路的调控能力，发现一个miRNA可以同时调控多条信号通路。结合两者，我们可以很好的筛选出在肺癌中可能具有抑癌基因作用的miRNA。根据预测结果，本课题组合成了49个miRNA的类似物，其中能同时抑制5种细胞增殖的miRNA包括Let-7，miR-27a，miR-27b，miR-29a，miR-29b，miR-29c，miR-99b，miR-101*，miR-106，miR-124，miR-126，miR-126*，miR-128，miR-133a，miR-133b，miR-146a，miR-146b，miR-449a，miR-449b等。在此基础上，本课题以miR-27和Let-7家族为主要研究对象，开展进一步的研究工作。无论是在体外还是在体内，miR-27a和miR-27b，都能抑制肿瘤增殖。Let-7家族成员，具有不同的抗肿瘤活性，其中以Let-7i 最为明显。在课题实施过程中，我们发现，单一的miRNA效果还不理想。因此提出了将miRNA和siRNA联合用药的思路。siRNA因具有特异性和有效性，可用于沉默在肿瘤中其关键作用致癌基因，而miRNA的多靶点性和温和性，则可从其他多个通路抑制肿瘤生长，从而起到主辅相承、点面结合、协同增效的正交治疗作用。本课题证明了通过信号通路预测miRNA功能的可行性。同时指出，miRNA单独应用作用有限，联合siRNA用药将是今后研究的可行方向。