Penemuan microRNA, lin-4, diduga menjadi yang pertama diisolasi. Gen lin-4 diidentifikasi secara genetik pada nematoda Caenorhabditis elegans (C. elegans) dan terlibat dalam waktu perkembangan. Anehnya, gen ini tidak mengkode sebuah protein tetapi mengkode dua molekul RNA kecil yang panjangnya sekitar 60 dan 22 nukleotida. Molekul yang pertama adalah prekursor molekul yang lebih kecil dan dapat membentuk struktur batang loop sekunder yang secara filogenetis terdapat pada nematoda. Molekul RNA yang lebih kecil mengatur gen lin-14 melalui pemasangan basa pada sisi yang belum sempurna terlengkapi sehingga dapat melengkapi daerah 3’ yang tidak ditranslasi pada mRNA lin-14. Bentukan gen silencing pasca-transkripsi oleh pengaturan kecil RNA awalnya dianggap sebagai fenomena langka, khususnya pada nematoda. Namun, penemuan let-7 mengubah ide ini. Let-7 adalah RNA kecil lain yang juga terlibat dalam waktu perkembangan pada C. elegans dan mengatur gen lin-41. Oleh karena itu, lin-4 dan let-7 keduanya disebut RNA kecil sementara (stRNA) yang berperan dalam waktu perkembangan. Berbeda dengan pasangan lin-4/lin-14, let-7 dan lin-41 secara evolusioner dipertahankan pada berbagai organisme multisel. Selanjutnya, let-7 secara berbeda diekspresikan selama perkembangan berbagai hewan bilaterian. Penemuan ini menyiratkan bahwa regulasi ekspresi gen oleh RNA kecil ini tidak terbatas pada nematoda dan bisa menjadi mekanisme umum yang terdapat dalam berbagai organisme multisel. Hampir seratus pengaturan kecil RNA mudah diidentifikasi pada C. elegans, Drosophila dan manusia. Karena sebagian besar RNA kecil yang baru diidentifikasi tidak diekspresikan dalam sebuah cara spesifik, seperti lin-4 atau let-7, tetapi dalam jaringan tertentu, maka pengaturan RNA kecil tersebut disebut sebagai microRNA (miRNA). Saat ini, miRNA telah diidentifikasi di berbagai organisme multisel lainnya, dan diperkirakan bahwa genom vertebrata mungkin mengkodekan beberapa ratus atau mungkin hingga 1000 miRNA yang berbeda, yang mungkin mengatur hingga 20-30% gen. Ulasan ini akan meninjau kemajuan terbaru dalam identifikasi miRNA, ekspresi dan fungsi pada hewan khususnya, serta peran miRNA dalam perkembangan vertebrata dan penyakit.

IDENTIFIKASI DAN EKSPRESI miRNA

Identifikasi miRNA

Saat ini, sebanyak 2.909 gen miRNA telah dijelaskan dalam miR-Base (Rilis 7.0). Untuk mendapatkan keterangan mengenai RNA kecil yang baru diidentifikasi sebagai miRNA, harus memenuhi beberapa kriteria. Pertama, miRNA dinyatakan sebagai molekul RNA dengan panjang sekitar 22 nukleotida. Kedua, miRNA dikodekan dalam genom sebagai struktur hairpin filogenetis dengan energi bebas yang rendah. Ketiga, tingkat ekspresi miRNA berkurang pada hewan yang cacat dalam biogenesis miRNA. Perlu dicatat bahwa tidak semua miRNA sesuai dengan kriteria tersebut. Secara khusus, persyaratan untuk pemberian notasi miRNA kurang ketat. Anggota kelas gen miRNA pada hewan diidentifikasi dalam beberapa cara (Gambar. 1).

Gambar 1. Pendekatan identifikasi gen miRNA, gen target dan fungsi miRNA pada hewan.

Gen sebelumnya, lin-4 dan let-7, keduanya diidentifikasi pada C. elegans berdasarkan fenotipe mutan dalam seleksi genetik. Seleksi genetik lainnya hanya menyebabkan identifikasi dari satu miRNA tambahan dalam C. elegans (lsy-6) dan dua miRNA tambahan di Drosophila (bantam dan miR-14). Meskipun kecil jumlahnya, kelima miRNA ini mungkin menjadi miRNA terbaik yang dipelajari sejauh ini. Uji genetik secara alami dapat menemukan miRNA yang tidak dapat dengan mudah dideteksi dengan metode lainnya. Sebagai contoh, miRNA lsy-6 tidak dapat diidentifikasi oleh baik kloning cDNA atau prediksi komputasi. Di sisi lain, banyak miRNA kemungkinan akan menghilang dalam uji genetik selanjutnya karena gen miRNA adalah gen yang relatif kecil (sekitar 50 kali lebih kecil dari protein rata-rata yang mengkode gen), yang sering tidak terkena mutagen klasik.
Selain itu, banyak miRNA mungkin memiliki fungsi berlebihan dan karena itu hanya akan memberikan fenotipe yang sangat halus atau bahkan tidak ada saat bermutasi.

Untuk menyingkat penemuan genetik langka miRNA, beberapa laboratorium mengidentifikasi lebih dari seratus miRNA melalui kloning cDNA dan analisis urutan berikutnya. Pendekatan ini memiliki keuntungan yang dapat diterapkan untuk setiap organisme, bahkan jika sedikit atau tidak ada informasi genom yang tersedia. Selain itu, miRNA dapat diidentifikasi secara independen dari fungsi mereka, sehingga juga memungkinkan dilakukan identifikasi miRNA yang berlebih. Dengan kloning cDNA, miRNA kini telah diidentifikasi pada berbagai hewan seperti nematoda, lalat, mamalia, katak, ikan dan beberapa virus mamalia.

Salah satu keterbatasan dari strategi kloning adalah terdapat potensi ketidaksamaan dalam kloning molekul RNA kecil. miRNAyang terekspresi sangat tinggi atau secara teknis mudah untuk dikloning mungkin membayangi miRNA yang hanya terekspresi khususnya pada tahap perkembangan, dalam keadaan tertentu, pada jenis sel tertentu atau sel yang sulit untuk dikloning. Untuk mengatasi ketidaksamaan tersebut, beberapa komputasi algoritma telah dikembangkan untuk memprediksi miRNA pada genom nematoda, lalat dan vertebrata. Pendekatan ini menggunakan perbandingan genom untuk mencari struktur hairpin evolusioner yang bisa mengkode prekursor miRNA (pre-miRNA). Algoritma ini memprediksi bahwa terdapat sekitar 110 miRNA dalam genom Drosophila, 120-300 miRNA dalam genom C. elegans, dan 255 miRNA dalam genom vertebrata seperti manusia. Namun, baru-baru ini tiga pendekatan komputasi independen menunjukkan bahwa jumlah sebenarnya miRNA dalam vertebrata mungkin jauh lebih tinggi. Dengan adanya bayangan filogenetik dari miRNA awal, terdapat penyimpanan tingkat tinggi pada daerah miRNA , tetapi penyimpanan yang relatif rendah terdapat pada urutan yang mengapit daerah ini (lihat Gambar. 2A). Fitur ini digunakan untuk memprediksi lebih dari 800 miRNA baru dalam genom mamalia yang banyak disimpan daripada genom vertebrata lain. Prediksi ekspresi beberapa miRNA ini dapat dikonfirmasi secara eksperimen. Xie dan rekan kerjanya mencari pola penyimpanan di ujung 3’ UTR dengan perbandingan sistematis beberapa genom mamalia. Lebih dari setengah dari pola pemulihan sesuai dengan urutan nukleotida(posisi nukleotida 2-8) miRNA yang telah diketahui. Pola sisanya digunakan untuk memprediksi 129 miRNA baru. Akhirnya, Bentwich et al. menggunakan pendekatan integratif, yaitu menggabungkan prediksi bioinformatika dengan analisis microarray dan kloning sekuens langsung untuk mengidentifikasi 89 miRNA baru dan memprediksi jumlah miRNA manusia yang mendekati 800 molekul. Studi ini memprediksi bahwa total jumlah miRNA dalam genom vertebrata mungkin dua kali lipat dan mendekati sebanyak 1000. miRNA ini memerlukan verifikasi lebih lanjut secara eksperimental.

Gambar 2. miRNA vertebrata pada ikan zebra (A) Konservasi filogenetik pada dua kelas gen miRNA vertebrata, daerah miRNA (ditunjukkan oleh kotak merah) lebih terawetkan dibanding dengan daerah yang diapit, (B) Contoh pola ekspresi miRNA spesifik pada otak dalam embrio ikan zebra.

Ekspresi miRNA

Distribusi gen miRNA dalam genom tidak acak. Lebih dari setengah gen miRNA mamalia yang telah diketahui, mempunyai intron pada gen induknya. Analisis microarray menunjukkan bahwa banyak dari miRNA ini terekspresi bersama-sama dengan gen induknya. Lokasi beberapa dari miRNA intronic secara evolusi telah dijaga dan mereka terekspresi bersama-sama secara mirip dengan gen induk pada hewan yang berbeda. Sebagai contoh, gen mir-126 yang terletak pada intron gen EGFL7 tikus, manusia  dan ikan zebra. mir-126 dan EGFL7 terekspresi secara mirip dalam sel endotel jantung dan pembuluh darah pada manusia dan ikan zebra. Homologi ini menunjukkan peran penting dan evolusioner pada miRNA. Sekitar 40% gen miRNA manusia terdapat dalam kelompok genom. Banyak dari miRNA ini juga terekspresi bersama-sama yang memiliki keunggulan biologis. Gen miRNA sering terletak pada bagian yang rentan dan secara genomik yang terlibat dalam kanker sehingga menunjukkan bahwa miRNA terlibat dalam proses seluler yang terkait kanker, seperti
pertumbuhan sel, pembelahan sel dan proliferasi.

`miRNA memiliki berbagai macam pola ekspresi. Dalam C. elegans dan Drosophila, beberapa miRNA secara berbeda terekspresi pada waktu selama perkembangan, sedangkan yang lain tampak lebih terekspresi di berbagai daerah. Ekspresi sementara sebagian besar miRNA telah ditentukan. Namun, beberapa miRNA hanya diekspresikan dalam jenis sel tertentu.

Ekspresi miRNA pada jaringan tertentu telah dipelajari dengan sangat baik pada vertebrata.  Pertama, frekuensi kloning dari jaringan atau sel tertentu berbeda pada banyak miRNA. Sebagai contoh, beberapa miRNA didominasi kloning dari jantung tikus, hati atau jaringan otak, sel-sel induk embrionik atau sel-sel islet pankreas. Analisis lebih lanjut oleh northern blot atau microarray menunjukkan bahwa banyak miRNA vertebrata lain juga terekspresi pada jaringan spesifik. Data terbaru kami dalam hibridisasi in situ embrio ikan zebra menunjukkan bahwa sekitar 80% dari miRNA vertebrata yang diekspresikan selama perkembangan embrio bersifat spesifik pada jaringan. Spesifikasi jaringan ini tidak terbatas hanya beberapa organ utama, tapi hampir semua jaringan ikan zebra dan bahkan jenis sel individual dalam jaringan memiliki ekspresi spesifik satu atau beberapa
miRNA. Misalnya, mir-183 secara khusus terekspresi dalam sel-sel rambut dari epitel sensorik. Jumlah yang tinggi dari pola ekspresi miRNA pada jaringan spesifik menunjukkan bahwa miRNA memiliki peran dalam diferensiasi jaringan.

Banyak miRNA yang mirip diekspresikan pada mamalia dan ikan zebra, menunjukkan fungsi evolusi yang dijaga. Sebagai contoh, banyak miRNA yang spesifik pada otak mamalia memiliki pola ekspresi yang sangat berbeda dari otak embrio ikan zebra (Gambar. 2B). Selain itu, miRNA ini juga secara berbeda terekspresi selama perkembangan otak mamalia, menunjukkan peran dalam fungsi otak vertebrata.

Biogenesis miRNA dan Mekanismenya

Jalur biogenesis miRNA mamalia (dan hewan lainnya) dapat dibagi menjadi beberapa langkah (Gambar. 3). Mulanya, gen miRNA ditranskripsikan oleh RNA polimerase II ke rantai panjang miRNA primer (pri-miRNA). Proses perubahan pri-miRNA menjadi miRNA dewasa akhir terjadi secara bertahap. pri-miRNA diproses dalam nukleus sekitar 70-80 nukleotida prekursor miRNA (Pre-miRNA) oleh enzim RNase III Drosha. Drosha membentuk kompleks mikroprosesor dengan untai ganda protein RNA-binding DGCR8 (Pasha di lalat). Bentuk hairpin premiRNA diekspor dari nukleus oleh Exportin-5 dengan adanya Ran-GTP sebagai kofaktor. Dalam sitoplasma, pre-miRNA diproses menjadi sekitar 22-nukleotida duplex miRNA oleh enzim pemotong RNase III. Enzim pemotong tersebut awalnya ditemukan oleh perannya dalam interferensi RNA (RNAi) yang memproses RNA untai ganda panjang menjadi small interfering RNA (siRNA) yang memediasi RNAi. Enzim pemotong berinteraksi dengan protein pengikat RNA untai ganda TRBP (RDE-4 di C. elegans dan Loquacious di Drosophila), yang kemungkinan menjembatani inisiator dan tahap efektor miRNA berikutnya. Selanjutnya, miRNA duplex yang dimulai pada akhir duplex dengan stabilitas termodinamika terendah. Untai miRNA yang memiliki ujung 5’ merupakan miRNA dewasa (juga disebut sebagai RNA).

Gambar 3. Model jalur biogenesis miRNA dan mekanismenya pada mamalia.

miRNA dewasa berikatan ke kompleks ribonukleoprotein, miRNP, kemudian membentuk kompleks RNA yang menginduksi silencing(RISC), yang merupakan efektor dari RNAi. Dalam RISC, miRNA bisa memediasi downregulasi aktivitas gen target dengan dua mode: penghambatan translasi atau pembelahan target mRNA (Gambar. 3). Pemilihan ini dibuat berdasarkan tingkat komplementaritas antara miRNA dan gen target dalam kombinasi dengan protein famili Argonaute. Komplementaritas yang hampir sempurna menghasilkan pembelahan, diikuti oleh degradasi RNA dari target, sedangkan  komplementaritas parsial menyebabkan penghambatan translasi. Mekanisme yang tepat untuk penghambatan translasi tidak diketahui. mRNA penarget miRNA, misalnya, dapat diasingkan di polysom atau direkrut untuk badan-P dimana mereka kekurangan translasi dan akhirnya terdegradasi. Berlawanan dengan tanaman, pembelahan langsung miRNA pada hewan (seperti pembelahan dari mRNA HOXB8 oleh mir-196 di embrio tikus) kurang umum daripada penghambatan translasi. Protein Argonaute hadir menonjol di RISC dan protein Argonaute semua mamalia mengikat miRNA dan siRNA. Namun, pada mamalia dan Drosophila, Argonaute2 (eIF2C2) adalah satu-satunya mesin katalitik RISC yang memediasi pembelahan RNA target. Selanjutnya, Argonaute1 Drosophila dan dua homolog Argonaute1, yaitu alg-1 dan alg-2 pada C. elegans diperlukan untuk produksi, stabilitas dan fungsi miRNA.

FUNGSI BIOLOGIS miRNA PADA HEWAN

miRNA memiliki fungsi biologis yang beragam (Tabel 1). Petunjuk tentang fungsi miRNA pada hewan telah diperoleh oleh beberapa pendekatan (Gbr. 1). Pertama, beberapa miRNA diidentifikasi melalui uji kekurangan dan kelebihan genetik dalam C. elegans dan Drosophila. Sejak miRNA ditemukan berdasarkan fungsi biologis mereka, fungsi mereka dijelaskan hingga yang paling akurat. Fungsi genetik miRNA lainnya datang dari pendekatan genetik berbalik. Pendekatan ini meliputi knockout atau knockdown miRNA dan studi overekspresi miRNA. Selanjutnya, profil ekspresi miRNA yang ditentukan oleh microarray dan analisis in situ telah mengungkapkan pola ekspresi miRNA tertentu yang memberikan petunjuk untuk fungsi miRNA tertentu.

miRNA berfungsi melalui regulasi gen target. Hanya beberapa (tujuh) dari gen target miRNA telah diidentifikasi secara genetik melalui uji genetik. Sebagian besar gen target miRNA berasal dari prediksi komputasi. Namun, hanya segelintir gen target yang diprediksi telah diuji secara eksperimental pada Drosophila dan sel manusia menggunakan reporter pembangun dan mayoritas masih harus diverifikasi. Prediksi target miRNA terbaru menunjukkan bahwa untuk setiap miRNA Drosophila terdapat rata-rata sekitar 100 gen target yang berbeda yang diatur melalui suatu interaksi. Prediksi target miRNA pada mamalia menunjukkan bahwa sekitar 10-30% dari gen mungkin berada di bawah kendali miRNA dan bahwa setiap miRNA mamalia mengatur rata-rata sekitar 200 gen target melalui interaksi antara urutan benih dan bagian target komplementer. Banyak gen memiliki beberapa sisi target untuk satu miRNA atau beberapa miRNA yang berbeda. Dalam beberapa kasus, beberapa sisi target penting untuk regulasi yang tepat secara in vitro atau in vivo. Kombinasi regulasi oleh miRNA yang berbeda, menambah lapisan kompleksitas yang dapat mengakibatkan aktivitas lebih baik di beragam sel jenis, mirip dengan regulasi kombinasi dengan faktor transkripsi yang berbeda.

Table 1. Fungsi Biologis miRNA pada Hewan dan Penyakit

Waktu Perkembangan pada Lalat

Dua miRNA telah dipelajari lin-4 dan let-7, bertindak dalam jalur heterochronic untuk mengatur waktu perkembangan di C. elegans. Let-7 diidentifikasi sebagai mutan lin-14, menunjukkan bahwa mereka bertindak di jalur yang sama. Kehilangan fungsi pada lin-4 dan let-7 menyebabkan perkembangan terbelakang tetapi pada tahap yang berbeda. Sedangkan mutan lin-4 mengulangi nasib spesifik tahap larva pertama dan mutan let-7 mengulangi nasib sel larva pada tahap dewasa. Sebaliknya, overekspresi let-7 memberikan pengembangan prekoks (pubertas dini). Waktu dari fenotipe sesuai dengan timbulnya ekspresi lin-4 dan let-7, yang merupakan awal dan akhir dalam pembangunan. Jadi, lin-4 adalah waktu perkembangan awal dan let-7 waktu perkembangan akhir.

Dua target lin-4 (lin-14 dan lin-28) keduanya diidentifikasi sebagai gen yang bertindak hilir lin-4 di heterochronic (perubahan perkembngan). Kehilangan gen ini menyebabkan fenotipe yang berlawanan dengan lin-4: dewasa sebelum waktunya, tahap perkembangan akhir selama tahap pertama dan kedua larva. Selanjutnya. Lin-14 mengkodekan protein nuklir, yang mengatur transisi dari yang pertama ke tahap larva kedua. Lin-28 mengkodekan shock-dingin protein zinc yang mempromosikan transisi dari kedua tahap larva ketiga. Regulasi lin-4 mungkin tidak terbatas pada tahap awal karena juga dibutuhkan untuk downregulation dari gen reporter hbl, di tali saraf ventral neuron orang dewasa.Beberapa Gen diatur oleh let-7 dalam perilaku jaringan spesifik. Gen target lin-41 diidentifikasi melalui uji genetik sebagai penekan terkuat dari kematian akibat mutan let-7. Pembatalan mutasi pada lin-41 menyebabkan fenotip berlawanan dengan mutan let-7, ekspresi yaitu dewasa sebelum waktunya dari nasib dewasa di tahap larva. Berlebih dari wild type lin-41 hasil di pengulangan nasib larva, mengakibatkan kehilangan fungsi mutan let-7. Cacat let-7 mengakibatkan hilangnya fungsi hbl-1. Hbl-1 terlibat dalam waktu peristiwa morfogenesis  sel-sel vulva.

Beberapa target lainnya let-7, telah diidentifikasi sebuah RNAi knockdown untuk gen yang telah let-7 situs target dan menekan kematian let-7 mutan. Hal Ini menghasilkan reseptor hormon nuklir daf-12, target lain dalam sel seam hipodermis dan faktor transkripsi forkhead pha-4, pada daerah usus. Hal ini juga mengidentifikasi transkripsi die-1, yang diduga faktor renovasi kromatin lss-4 dan RAS ortolog let-60 target sebagai kemungkinan target. Sebagai tambahan, eksperimen terbaru menunjukkan bahwa let-60 /RAS diatur oleh let-7 dalam sel hypodermal dan oleh anggota keluarga let-7misalnya mir-84 di sel vulva.

Perkembangan Asimetri Neural Kiri/Kanan pada Cacing

Sebuah kaskade gen (dominan dalam ekspresi) yang melibatkan dua miRNA, menentukan kiri / kanan ekspresi asimetris gen reseptor chemosensory di sebelah kiri (ASEL) dan kanan (ASER) neuron chemosensory C. elegans. miRNA LSY-6 dinyatakan dalam neuron ASEL dan menghambat ekspresi target, jenis gen Nkx homeobox cog-1. Hal ini pada akhirnya mengarah pada ekspresi GCY-7 chemosensory reseptor di ASEL. Dalam neuron ASER, mir-273 menghambat terjemahan dari mRNA die-1. DIE-1 adalah faktor transkripsi zinc-finger (protein folding) diperlukan untuk transkripsi LSY-6. Oleh karena itu, ekspresi mir-273 mengarah ke downregulation dari LSY-6 dan selanjutnya untuk ekspresi GCY-5 chemosensory reseptor di ASER. Dengan demikian, terbalik dan ekspresi berurutan dari dua miRNA menyebabkan ekspresi asimetris reseptor chemosensory di neuron C. elegans.

Program Kematian pada Lalat

Pada Drosophila, dua miRNA, bantam dan mir-14, ditemukan terlibat dalam regulasi genetik dari deprogram (Apoptosis) kematian sel. miRNA Bantam diidentifikasi dalam menguntungkan penyisipan gen yang mempengaruhi proliferasi sel. Kelebihan bantam akan mengakibatkan pertumbuhan berlebihan jaringan dan menghambat apoptosis karena proliferasi diinduksi. Sebaliknya, hilangnya fungsi bantam mematikan. Bantam negatif mengatur ekspresi protein Hid pada in vivo dan dengan demikian jika blok Hid-diinduksi  maka akan terjadi apoptostis di mata. mir-14 diidentifikasi sebagai inhibitor sel kematian deprogram. Hewan dengan kehilangan fungsi mir-14 akan meningkatkan kematian akaibat sel Reaper-inductived (mengakibatkan apoptosis), sedangkan berlebih dari mir-14 menekan kematian sel. Tidak adanya mir-14 juga ditandai dengan semilethality, mengurangi umur dan sensitivitas stres. Selanjutnya, mir-14 terlibat dalam regulasi metabolisme lemak dengan cara mengatur dosis. Sebuah potensi Target untuk mir-14 adalah apoptosis efektor caspase i-drice. i-drice diregulasi dengan tidak adanya mir-14, menunjukkan bahwa i-drice mRNA diatur, baik secara langsung maupun tidak langsung oleh mir-14. miRNA lain yang berpotensi bertindak dalam deprogram kematian sel jalur yang mir-2 dan mir-13. penurunan dari mir-2 atau mir-13 dapat memberikan perkembangan cacat.

Signaling Notch pada Lalat

Beberapa miRNA mungkin terlibat dalam mengatur jalur sinyal Notch. Notch signaling adalah jalur perkembangan penting untuk pola yang tepat dan pengembangan semua organisme multisel. Di Drosophila, gen sasaran Notch adalah faktor transkripsi encoding basic helix–loop–helix (bHLH) represor dan keluarga protein Bearded. Faktor transkripsi ini dapat menurunkan regulasi oleh beberapa anggota keluarga miRNA secara in vivo. Individu K-kotak, GY-kotak atau Brd-kotak yang perlu dan cukup untuk peraturan mediasi -miRNA ini. K-box diatur oleh mir-2 dan mir-11, GY-kotak oleh mir-7, dan Brd-kotak oleh mir-4 dan mir-79 .

Kelebihan ektopik dari mir-7 atau sekelompok K-box-mengatur miRNA mengarah ke mengurangi ekspresi target. Selanjutnya, hal itu menyebabkan bentukan dari margin sayap, mengurangi jarak sayap vena, penebalan pembuluh darah sayap dan ektopik bulu microchaete. fenotipe ini merupakan ciri khas berkurang Notch signaling, mendukung gagasan bahwa Notch signaling jalur diatur oleh miRNA.

Perkembangan Awal Vertebrata

Beberapa pengamatan menunjukkan bahwa miRNA penting untuk perkembangan normal mamalia. Pertama, tikus dan sel ES manusia (stem cell) mengekspresikan satu set khusus miRNA yang menurunkan diferensiasi tubuh embrio. Kedua, sel-sel ES yang kekurangan dicer (enzim pemotong miRNA) yang layak dan tidak membentuk matang miRNA, mereka gagal dalam differensiasi sel baik in vitro dan in vivo. Ketiga, embrio tikus mutan mati saat kekurangan dicer,  sebelum pembentukan sumbu selama gastrulasi.

Untuk mempelajari peran global miRNA di embrio awal pengembangan kami tersingkir gen dicer pada ikan zebra. Embrio ikan zebra mutan dicer berkembang secara normal bertahan hingga 8 hari setelah pembuahan. Pada titik ini semua organ utama telah terbentuk. Ini penangkapan menunjukkan bahwa miRNA penting untuk pengembangan dan pertumbuhan jaringan di luar tahap ini.

Penurunan maternal dicer mRNA oleh hasil Morfolino dalam sebelumnya menangkap dan keterlambatan dalam produksi Mirna. Namun, selama 24 jam pertama, embrio-embrio ini masih berkembang cukup normal, yang menunjukkan bahwa miRNA tidak penting untuk awal proses perkembangan.

Untuk pengecualian ketika peran maternal protein dicer diturunkan. Protein Dicer tidak memproses pre-miRNA menjadi miRNA matang. Anehnya, mereka hanya menunjukkan cacat ringan selama pengembangan awal. mereka memiliki pembentukan sumbu utuh dan regionalisasi sel dan membedakan menjadi beberapa jenis sel dan jaringan, menunjukkan pola yang benar. Namun, mereka menunjukkan cacat morfogenesis selama gastrulasi, pembentukan otak, differensiasi saraf, somatogenesis dan pengembangan jantung. Dengan ini, berarti bahwa miRNA tidak penting untuk nasib sel determinasi dan pola awal, tetapi sangat penting untuk langkah-langkah selanjutnya dalam perkembangan embrio.

Gagasan ini lebih lanjut didukung oleh pola ekspresi temporal dan spasial miRNA vertebrata di embrio ikan zebra. Mayoritas miRNA ini tidak diungkapkan awal, tapi menunjukkan ekspresi yang sangat spesifik jaringan selama tahap berikutnya, menunjukkan bahwa peran mereka tidak dalam pembentukan nasib jaringan tetapi dalam diferensiasi atau pemeliharaan identitas jaringan. Menariknya, dicer mutan primordial sel germinal menimbulkan benih layak di kedua laki-laki dan ikan zebra betina, yang dapat membentuk embrio. Hal ini menunjukkan bahwa miRNA matang juga tidak diperlukan dalam gamet selama pengembangan benih di ikan zebra.

Mengapa dicer embrio mutan tikus tidak matang miRNA mati sebelum pembentukan sumbu, sementara dicer ikan zebra embrio mutan tanpa miRNA matang bertahan tahap itu? Hal ini dapat dijelaskan oleh perbedaan dalam dinamika selama awal perkembangan embrio. Dibandingkan dengan perkembangan tikus perkembangan awal ikan zebra sangat cepat. Satu hari setelah embrio pembuahan tikus telah mengalami pembelahan sel sekali. Selama periode yang sama embrio ikan zebra memiliki rencana dasar tubuh dan telah membentuk semua utama organ. Mungkin sebagian miRNA tidak diproduksi cukup cepat, tingkat miRNA adalah tindakan rendah atau miRNA adalah untuk memperlambat fungsi dalam sel membagi cepat embrio ikan zebra awal. mekanisme terkait RNAi alternatif, lain yang dikendalikan oleh dicer, seperti pembentukan sruktur heterochromatin dan membungkam centromeric, mungkin memiliki fungsi dalam perkembangan awal dari tikus, tapi tidak dalam ikan zebra.

Satu-satunya miRNA yang sangat diekspresikan selama awal pengembangan ikan zebra adalah anggota dari keluarga mir-430 Mirna. Keluarga mir-430 Mirna dinyatakan dari genom suatu gugusan lebih dari 90 eksemplar dalam 120 kb, ditemukan di lain spesies ikan dan miRNA terkait yang hadir pada mamalia dan katak. Dalam katak, miRNA ini terkait adalah juga menyatakan di awal pembentukan. Injeksi mir-430 menjadi ibu-zigotik dicer mutan embrio ikan zebra menyelamatkan cacat morfogenesis otak dan untuk beberapa memperpanjang lainnya cacat saraf, menunjukkan bahwa keluarga mir-430 miRNA mengatur neurogenesis di ikan zebra.

Perkembangan Akhir Vertebrata

Beberapa miRNA lainnya memiliki fungsi yang lebih khusus di tahap akhir perkembangan vertebrata. Pertama, mir-196 yang terlibat dalam regulasi gen Hox. Gen mir-10 dan mir-196 dari berbagai vertebrata berada di homeobox yang (Hox) cluster. Seperti gen Hox, mir-10 dan mir-196 yang colinearly dinyatakan dalam ruang dan waktu bersama anterioposterior yang (Head-to-tail) sumbu tubuh. Dalam tikus 15-hari-tua embrio, mir-196 mengarahkan pembelahan HOXB8 mRNA dan mungkin juga menghambat HOXC8, HOXD8 dan gen HOXA7. Ekspresi mir-196 lebih kearah posterior dari gen target Hox, yang mungkin membantu untuk mendefinisikan posterior batas ekspresi dari gen target Hox. mir-10 mungkin memiliki fungsi yang sama di cluster Hox karena situs target untuk mir-10 juga telah diprediksi di Hox gen, misalnya dalam HOXA3.

Kedua, otot-spesifik mir-1 mengatur keseimbangan antara diferensiasi dan proliferasi kardiomiosit (kompartemen utama otot) selama perkembangan jantung pada tikus. Berlebih dari mir-1 di jantung tikus transgenic hasil dalam cacat proliferasi dan kegagalan ekspansi ventrikel kardiomiosit, indikasi diferensiasi dini kardiomiosit. Hand2, faktor transkripsi yang mempromosikan ekspansi ventrikel cardiomyocyte adalah target mir-1. Hand2 adalah menurunkan regulasi oleh berlebih dari mir-1 in vivo, menunjukkan bahwa itu adalah target yang benar selama perkembangan jantung tikus.

Ketiga, mir-181 termodulasi diferensiasi keturunan hematopoietik pada tikus. mir-181 adalah istimewa disajikan dalam-limfosit B dari sumsum tulang tikus dan timus, organ limfoid primer. Ektopik berlebih dari mir-181 meningkatkan fraksi-limfosit B dan mengurangi fraksi T-limfosit in vitro dan in vivo pada tikus. Meskipun target untuk mir-181 tidak diketahui, ini menunjukkan bahwa mir-181 mengatur differensiasi hematopoietik tikus.

Keempat, mir-143 mengatur diferensiasi adiposity manusia. mir-143 sangat dinyatakan dalam jaringan adiposa (lemak) dan diregulasi selama diferensiasi manusia pra-adipocytes ke adiposit. Penuruana miR- 143 mencegah ekspresi gen spesifik dan akumulasi trigliserida tetapi meningkatkan kadar protein ERK5. ERK5 adalah gen target yang diperkirakan dari mir-143. Ini Data menunjukkan bahwa mir-143 biasanya terlibat dalam mempromosikan diferensiasi adiposit atau fungsi, mungkin melalui regulasi kadar protein ERK5.

Akhirnya, beberapa miRNA mungkin memiliki peran dalam pencetakan selama perkembangan. mir-127 dan gen mir-136 berada pada manusia dicantumkan domain 14q32 dan disajikan dari pewarisan kromosom maternal, dalam orientasi antisense untuk gen retrotransposon seperti (Rtl1), yang secara eksklusif mengungkapkan dari kromosom paternal. Kurangnya ekspresi gen ibu di wilayah ini dikaitkan dengan perkembangan abnormal pada tikus dan manusia.

Fungsi Fiologis miRNA Vertebrata

Beberapa miRNA tidak memiliki peran yang jelas dalam perkembangan vertebrata, melainkan bertindak beragam fisiologis dan proses seluler. miRNA mir-375 secara khusus disajikan dalam sel islets pankreas, di mana ia mengatur yang gen Myotrophin (Mtpn) dan dengan demikian glukosa-dirangsang eksositosis insulin. Baru-baru ini, telah ditunjukkan bahwa mir-375 dapat bertindak secara sinergis dengan mir-124A dan let -7b. Selain ekspresi di islets pankreas, mir-375 adalah juga sangat disajikan dalam kelenjar hipofisis embrio ikan zebra. Ini mungkin menunjukkan peran mir-375 di sekresi hormon lain atau produk neuroendokrin, mungkin dengan mengatur Mtpn di kelenjar hipofisis. Sebuah peran untuk mir-122A adalah pengecualian transporter asam amino kationik (CAT-1) dari hati melalui terjemahan penghambatan dan mRNA. mir-122A sangat disajikan dalam hati dewasa dan ekspresinya diregulasi selama pengembangan hati mamalia. Pola ekspresi CAT-1, target mir-122A, yang berbanding terbalik dengan ekspresi mir-122A dan dengan demikian absen dari hati.

mir-122A juga mungkin memiliki peran dalam spermatogenesis tikus. mir-122A berbeda diungkapkan pada testis tikus selama spermatogenesis dan di sini mungkin mengatur gen sasaran Transisi protein 2 (Tnp2). Tnp2 adalah posttranscriptionally sebuah gen spesifik testis mengatur dan terlibat di renovasi kromatin selama spermatogenesis tikus. Percobaan penurunan miRNA menunjukkan bahwa beberapa lainnya miRNA memiliki peran dalam proliferasi sel, pertumbuhan sel dan sel kematian pada kultur sel. Misalnya, penghambatan Hasil mir-125b dalam penurunan  proliferasi pada sel kanker. Baru-baru ini, telah menunjukkan bahwa mir-16 bertindak bersama-sama dengan unsur kaya AU (ARE) -binding protein dalam degradasi  mengandung mRNA. mir-16 manusia telah melengkapi hanya terbatas AREs. Namun, di hadapan protein ARE mengikat, tristetraprolin (TTP), saling melengkapi terbatas ini cukup untuk menggoyahkan ARE mengandung mRNA. Penurunan dan berlebih dari mir-16 menghambat dan mempromosikan degradasi ARE mengandung mRNA, masing-masing.

Fungsi Umum miRNA

Jadi miRNA selama ini hanya diidentifikasi di multisel organisme dan terutama absen dari organisme uniseluler. Ketiadaan ini menunjukkan bahwa miRNA, secara umum, mungkin penting organisme untuk berdiferensiasi menjadi beberapa sel-dan jaringan jenis dan / atau untuk menjaga sel-sel dalam keadaan diferensiasi tertentu. Beberapa pengamatan terakhir menunjukkan bahwa miRNA memang regulator seperti diferensiasi. Pertama, tidak dibeda-bedakan atau buruk sel dibedakan tidak memerlukan miRNA untuk bertahan hidup. Hal ini terlihat dari fakta bahwa sel-sel ES tikus tidak membentuk miRNA yang layak tetapi gagal untuk membedakan dan sel germinal ikan zebra tidak perlu miRNA untuk kelangsungan hidup mereka dan kontribusi terhadap benih.

Kedua, kebanyakan miRNA tidak disajikan dalam pengembangan awal ikan zebra ketika sel-sel yang terdiferensiasi, tetapi memiliki ekspresi yang sangat spesifik jaringan pada tahap kemudian ketika sebagian jenis sel telah dibentuk.Ketiga, dalam perjanjian dengan adanya ini, miRNA juga tidak penting untuk pembentukan nasib jaringan selama awal pengembangan ikan zebra, tapi sangat penting untuk perkembangan kemudian dan pertumbuhan dan / atau berfungsi jaringan. Keempat, banyak jenis sel kanker manusia telah mengurangi ekspresi miRNA dibandingkan dengan jaringan secara lengkap dibedakan mereka asal.

Kelima, hewan vertebrata mengkodekan ratusan miRNA berbeda yang diharapkan untuk mengatur hingga 30% dari gen. Banyak dari miRNA ini banyak dilestarikan. Keenam, miRNA memiliki kelimpahan molekul tinggi per sel. Di C. elegans beberapa miRNA telah diperkirakan hadir di sebanyak 50.000 salinan per sel, yang kira-kira 500 kali lipat lebih tinggi daripada tingkat dari mRNA khas cacing. Akhirnya, transfeksi dari otot-spesifik mir-1 dan otak-spesifik Mirna mir-124 ke dalam sel HeLa manusia bergeser profil ekspresi mRNA dengan yang otot dan sel-sel otak, masing-masing.

Dari sudut pandang evolusi, regulasi ekspresi gen oleh miRNA mungkin sebuah inovasi yang mudah dan fleksibel, Namun demikian penting untuk diferensiasi selular. Yang kecil ukuran dan kesederhanaan gen miRNA menunjukkan bahwa mereka bisa timbul relatif mudah dan sering de novo genom pada hewan dan tanaman. Penciptaan independen dari miRNA adalah tercermin dari keragaman tinggi antara keluarga miRNA dan kurangnya tumpang tindih antara miRNA  tanaman dan hewan. Selain itu, beberapa perubahan pasangan basa DNA yang sesuai untuk urutan benih miRNA cenderung jauh mengubah repertoar gen target. tindakan kombinatorial miRNA diharapkan mengatur ekspresi ribuan mRNA.

Peredaman dari sejumlah seperti gen mungkin penting untuk inisiasi atau pemeliharaan diferensiasi jaringan. Selain itu, pasca-transkripsi regulasi ekspresi gen mungkin juga meredam fluktuasi dalam ekspresi gen. Ini peredam hasil di tingkat protein yang stabil, yang mungkin juga diperlukan untuk menjaga sel-sel dibedakan.

MicroRNA DAN PENYAKIT

Tingginya jumlah gen miRNA, ekspresi yang beragam pola dan kelimpahan target miRNA berpotensi membentuk miRNA, yang kemungkinan akan terlibat dalam spektrum yang luas dari penyakit manusia. Selain itu, komponen yang diperlukan untuk pengolahan dan / atau fungsi miRNA juga telah terlibat dalam rapuh X keterbelakangan mental, sindrom DiGeorge dan Kanker, menunjuk keterlibatan umum miRNA di penyakit.

miRNA dan Kanker

Lebih dari setengah dari gen miRNA manusia berada di situs yang diketahui terlibat dalam kanker, seperti situs rapuh, minimal daerah hilangnya heterozigositas, daerah minimal amplifikasi, atau breakpoint umum daerah. lokasi tersebut menunjukkan bahwa beberapa miRNA terlibat dalam tumorigenesis. Profil ekspresi miRNA dari sejumlah besar sampel tumor manusia menunjukkan bahwa miRNA kadang-kadang diregulasi, tetapi umumnya menurunkan regulasi pada tumor. Selanjutnya, hampir semua miRNA secara berbeda disajikan dalam berbagai kanker. Karena profil miRNA mencerminkan perkembangan silsilah dan diferensiasi keadaan tumor, profil ini dapat digunakan untuk mengklasifikasikan tumor berdiferensiasi buruk. Itu peran untuk beberapa miRNA telah diteliti secara lebih rinci.

Cluster gen mir-15 dan mir-16 terletak pada suatu daerah yang dihapus di lebih dari setengah-sel limfosit B leukemia kronis dan ekspresi mir-15 dan mir-16 adalah menurunkan regulasi di sebagian besar leukemia ini. Gen mir-143 dan mir-145 juga berada di cluster genomik. Ekspresi baik miRNA adalah menurunkan regulasi dalam jaringan kanker usus besar serta seperti dalam beberapa sel line yang berasal dari jenis kanker lainnya. Gen mir-155 terletak pada transkrip RNA BIC non-coding. Kedua ekspresi BIC RNA dan mir-155 yang diregulasi di beberapa jenis limfoma, terutama di berdifusi besar limfoma sel B. Pasien dengan sel B diaktifkan limfoma memiliki prognosis yang lebih buruk dibandingkan pasien dengan germinal pusat limfoma, yang tercermin oleh tingkat absolute mir-155 pada kanker ini.

miRNA let-7 manusia menurunkan regulasi di beberapa kanker paru-paru dan mampu menghambat pertumbuhan sel kanker paru-paru secara in vitro. Sebagai tambahan, tingkatlet-7 yang terendah pada pasien dengan pasca operasi terendah bertahan hidup; dengan demikian, let-7 juga merupakan indikator yang baik untuk prognosis jenis kanker. Cluster mir-17-92 terletak di wilayah yang sering diperkuat di limfoma sel B manusia dan tingkat miRNA dari gugus ini meningkat pada sel-B limfoma. Berlebih dari mencegah klaster mir-17-92 apoptosis dan mempercepat pembentukan c-Myc-induced limfoma sel B pada model tikus. Menariknya, c-Myc sendiri juga meregulasi ekspresi miRNA dari yang mir-17-92 cluster dan siklus sel promotor E2F1, target untuk beberapa miRNA ini, menghasilkan dikontrol ketat sinyal proliferatif.

miRNA dan Virus

miRNA telah diidentifikasi dalam beberapa virus mamalia, termasuk banyak anggota keluarga virus herpes, seperti virus Epstein-Barr dan sarkoma terkait virus Kaposi, virus simian 40  dan mungkin human immunodeficiency virus. Untuk sebagian besar dari miRNA ini fungsi tidak diketahui, tetapi mereka diharapkan untuk mengatur ekspresi gen virus dan host untuk kelangsungan hidup dan propagasi mereka di sel yang terinfeksi. Sebagai contoh, dua miRNA dikodekan oleh simian virus 40 Target mRNA virus awal untuk pembelahan sel. Hal ini akan mengurangi ekspresi dari antigen virus T, yang membuat terinfeksi sel lebih rentan terhadap sel T sitotoksik dan dengan demikian meningkatkan kemungkinan infeksi sukses. Baru-baru ini juga telah telah menunjukkan bahwa miRNA endogen dapat memediasi pertahanan antivirus. Endogen mir-32 mencegah akumulasi dari retrovirus primata virus berbusa tipe 1 (PFV-1) pada manusia sel. Namun, protein PFV-1-dikodekan, mampu sebagian menekan inhibisi miRNA diinduksi PFV-1. Bersama-sama, ini menunjukkan bahwa mesin miRNA terlibat berbagai aspek infeksi virus manusia.

KESIMPULAN

Sejak penemuan lin-4 dan let-7 telah menjadi jelas, miRNA membentuk sebuah kelas penting dan berlimpah posttranscriptional regulator gen, yang banyak hadir di organisme multisel, mulai dari tanaman hingga manusia. Hewan mengkodekan ratusan miRNA, yang sebagian besar memiliki fungsi yang tidak diketahui. Namun demikian, set terbatas ditandai miRNA menunjukkan bahwa miRNA dapat bertindak beragam proses biologis. Selain itu, tikus dan ikan zebra yang cacat dalam produksi atau fungsi miRNA menunjukkan bahwa miRNA penting untuk perkembangan vertebrata, dan mungkin terlibat dalam diferensiasi dan / atau pemeliharaan jaringan dan identitas sel. Saat miRNA diprediksi untuk mengatur beberapa ribu mRNA target, yang mungkin hingga 30% dari semua protein-coding gen. Jumlah ini mungkin masih bertambah karena banyak miRNA tambahan diperkirakan, bahkan sampai seribu dalam genom vertebrata. Verifikasi keberadaan miRNA ini dan interaksi mereka dengan sasaran gen akan menjadi kunci untuk menemukan fungsi semua miRNA individu selama pengembangan, penyakit dan lainnya proses seluler.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *