ceRNA假说自提出以来，就引起了科研研究者的广泛注意。有大量的研究结果为它提供了支持，但是也引发了一些质疑。近期在《Nature Reviews Genetics》发表一篇有关ceRNA的综述，评估了支持和反对ceRNA假说的一些证据，以及内源性miRNA海绵（miRNA sponge）互相作用的影响。

ceRNA（competitive endogenous RNA，竞争性内源RNA）是一种基因表达调控模式，由mRNA之间通过miRNAs反应元件（MREs）达到相互调控的目的。其具体机制如下图所示：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表达激活后，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。

ceRNA调控基因表达的机制图

本综述共介绍了六部分内容，包括人工miRNA抑制剂（miRNA海绵）、ceRNAs的实验证据、ceRNA网络、全转录组RNA竞争、增强ceRNA活性的模型以及ceRNA验证的限制性。

人工miRNA抑制剂（miRNA海绵）

miRNA海绵主要包含两类：反义寡核苷酸和含有miRNA结合位点的转基因载体。前者主要是由和miRNA几乎完全互补的小单链RNA寡核苷酸组成的，可通过2’-O-甲基化，胆固醇修饰或形成一个发夹结构来增强其稳定性。miRNA海绵只有达到高剂量时，才能对miRNA功能起着抑制作用。后者可以表达3’UTRs（富集多个miRNA结合位点）的基因载体，可在哺乳细胞内的强启动子的作用下进行稳定表达。

ceRNA的实验证据

目前已由实验验证过的ceRNA主要有以下几种：

• mRNA：mRNA一般含有保守的miRNA结合位点（如富含3’UTR），也可通过ceRNA机制来调节靶基因的表达量。

• 假基因转录物（Pseudogenes）和长链非编码RNA（lncRNA）：假基因通常是基因组中与编码基因序列同源的非功能性基因组DNA拷贝，一般情况下都不被转录，绝大多数假基因被认为是lncRNAs。

• 环状RNA（circRNA）：circRNA呈封闭环状结构，不受RNA外切酶影响，因富含miRNA结合位点可解除miRNA对靶基因的抑制作用，升高靶基因的表达水平。

The active transcriptome available for microRNA binding competition

ceRNA网络

研究人员在计算机学、转录组学、蛋白质组学和AGO免疫沉淀的基础上形成一个ceRNA网络。可通过依赖于序列信息和基因表达水平的生物信息学软件（如Target Scan和miRanda等）来预测ceRNA-miRNA的相互作用。

全转录组RNA竞争

内源性基因全转录组RNA大量存在时可以抑制miRNA的功能活性。其中，全转录组RNA的miRNA结合位点的结合强度和数目对miRNA功能活性起着重要的作用。另外，ceRNA在生理学上丰度表达的变化量并不能抑制miRNA的功能活性，同时只有当miRNA-target的摩尔比例达到一致时，ceRNA才能达到最好的抑制效果。

增强ceRNA活性的模型

全基因转录组的化学计量模型提出了ceRNA丰度的变化对miRNA活性影响的假说。而细胞的亚细胞定位（如P小体）可提高ceRNA丰度，增强ceRNA活性。

另一个影响ceRNA功能活性的因素是ceRNA的结构。首先，ceRNA的二级发夹结构或者是环状结构都可增强ceRNA稳定性。其次，ceRNA中不完全碱基配对的miRNA结合位点的结合能力要比完全碱基配对的强至少20倍。

ceRNA验证的限制性

全转录组数据分析和实验证据之间的不一致是与这两种方法的特异限制性有关的。

在实验验证的过程中，很难通过外源性miRNA和ceRNA来模拟生理状态下miRNA和ceRNA的表达量。且用AGO免疫沉淀技术对内源性miRNA和其靶基因进行定量时，过表达的外源性AGO也可影响内源性的RISC活性。另外，在Dicer敲除的细胞株中，由于Dicer酶的多效性，很难通过单独抑制功能来区分mRNA的编码和非编码功能。

尽管可以通过生物信息软件评估ceRNA活性，但是该方法的最大限制就是它们完全依赖于miRNA-靶基因预测算法的一两个实际应用，如TargetScan仅仅通过编码转录物的3’UTR来预测miRNA的靶基因；Target Accessibility（PITA）、miRanda和TargetProfiler仅考虑了miRNA-target相互作用的可能性。

参考文献：EndogenousmicroRNA sponges: evidence and controversy 

来源：解螺旋

2016-06-08