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microRNA:如何以“微小”成就诺奖级的“伟大”?

来源:珀金埃尔默医学诊断产品(上海)有限公司 更新时间:2024-10-18 09:45:09 阅读量:56
导读:瑞孚迪系列产品,为microRNA应用赋能!


10月7日, 2024 年诺贝尔生理学或医学奖被授予科学家Victor Ambros(维克托 ·安布罗斯)和Gary Ruvkun(加里·鲁夫昆),以表彰他们「发现 microRNA及其在转录后基因调控中的作用」。



microRNA特指细胞中一类非常微小的RNA分子,能够有效的调控基因的表达。目前在研究基因调控中,microRNA已经成为了常规“怀疑对象”。而在诺奖颁布以前,鲜为人知的是,这一切都起源于31年前的两篇文献——分别来自Victor Ambros和Gary Ruvkun,两位分子生物学家携手开创了这一领域。


“不同寻常的发现”


1979

Victor Ambros加入麻省理工学院Horvitz实验室,开始博士后研究。

1982

Gary Ruvkun也加入了同一实验室,两人研究两种线虫突变株:lin-4和lin-14。

他们发现这两种突变株的发育特征相反,这引起了他们对相关基因的兴趣。研究持续到两人独立后,分别研究各自认领的突变株。

1992

Ambros和Ruvkun揭示lin-4基因并不编码蛋白,而是表达了一段小RNA。这段小RNA通过与lin-14的mRNA结合,抑制了其表达,颠覆了“所有基因都要翻译成蛋白质”的传统认知。次年,他们的研究成果发表,却未引起广泛关注。

2000

2000年,Ruvkun发现另一种microRNA let-7,这种小RNA存在于几乎所有动物中,表明microRNA是普遍的基因调控机制。此后,microRNA研究迅速崛起。

2001

Thomas Tuschl、David Bartel和Victor Ambros三人分别领导的三个研究组在Science杂志同期发文,将这种小RNA命名为microRNA(微小核糖核酸)。


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microRNA拥有广泛的应用前景


microRNA通过与靶mRNA的互补结合,调控基因表达,在多种疾病的研究和治疗中展现了广泛的应用前景。



肿瘤:如结直肠癌和肝细胞癌,microRNA的缺陷与肿瘤的发生密切相关。通过调节这些通路,有望抑制癌细胞的增殖,成为一种新型的肿瘤治疗策略。


其他疾病:在心肌病和神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)中,microRNA通过调节基因表达,影响心脏和神经系统功能。研究表明,调整microRNA水平可能为这些疾病提供新的治疗方法。

随着对microRNA机制的深入了解,科学家们正尝试开发新的诊断工具和治疗手段,为更多疾病的治疗提供希望。


Dharmacon microRNA模拟物和抑制剂


研究microRNA的工具离不开microRNA模拟物和抑制剂。Dharmacon提供的miRIDIAN系列产品,通过独特的化学修饰和创新的二级结构设计,提高了效能和作用时间,支持多种细胞类型的应用。这些产品广泛用于功能获得性功能缺失性研究,是科学家们常用的实验工具。



miRIDIAN microRNA mimic:用于上调内源性microRNA活性,独特的化学修饰设计确保反义链优先结合RISC复合物,同时阻止正义链,提高了效率。


miRIDIAN microRNA inhibitor:通过化学修饰和创新结构,提供更强、更持久的抑制效果,能在极低浓度下多重抑制microRNA,且毒性低。


病毒载体产品:提供多种启动子选择,支持不同细胞类型应用;还可通过Tet-On 3G体系精准控制miRNA模拟物和阻遏物的表达。此外,产品配备TurboGFP和Turbo RFP荧光标记,实现转导效率的可视化。


DharmaconmiRIDIAN系列凭借高效、安全的特性,为microRNA研究提供了理想的解决方案,助力科学家在基因调控研究中取得重要成果。



miRIDIAN microRNA mimic

比内源双链microRNA性能更好

microRNA Hairpin Inhibitor

作用效果

microRNA Hairpin Inhibitor

的抑制效果和时长更优秀



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shMIMIC慢病毒microRNA模拟物和阻遏物

miRIDIAN microRNA模拟物

miRIDIAN microRNA发夹结构阻遏物

种属

人类,小鼠,大鼠

人类,小鼠,大鼠

人类,小鼠,大鼠

合成RNA


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启动子

4种启动子选择:hCMV,mCMV,hEF1a,mEF1a


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载体质粒

慢病毒元件


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荧光报告基因

GFP/RFP


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Tet-on诱导系统


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特异性化学修饰


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缺失功能研究


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获得功能研究


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包装病毒构建稳转细胞系


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Dharmacon microRNA 调控文库


除了单基因调控产品,Dharmacon还提供microRNA调控文库,microRNA调控文库是用于鉴定与特定表型相关的microRNA的主要筛选工具,Dharmacon提供了全面灵活的miRNA文库帮您开展相关工作,如进行表型高通量筛选、寻找正常或患病细胞过程的潜在生物标记物、将microRNA筛选与高含量分析相结合,获得多参数数据、确定与相关药物协同作用的 microRNA,以提高治疗效果等。


为了满足microRNA筛选需求,Dharmacon?提供丰富的microRNA文库,包括混合型文库(Pooled Library)和阵列型文库(Arrayed Library)。混合型文库将不同 microRNA mimic或 microRNA inhibitor在一个管中混合,无需高通量设施即可进行筛选。


阵列型文库排布在96孔板或384孔板上,每孔含一个基因靶点(可包含多条miRNA),与高通量筛选平台相容。


产品类型

miRIDIAN microRNA模拟物

miRIDIAN

miRNA阻遏物

文库(v21.0)

shMIMIC慢病毒载体microRNA

混合文库

种属

人类,小鼠,

大鼠

人类,小鼠,

大鼠

人类,小鼠,人鼠混合

产品形式

阵列型文库,合成RNA的冻干粉,可选单条形式(individual),

4条组合包装(set of 4 )

混合型文库,慢病毒颗粒,可选启动子、可选标记、可选诱导表达体系

可选基因

miRBase 序列数据库 v.21.0 中所有人类、小鼠和大鼠 microRNA

miRBase 序列数据库 v.21.0 中所有人类、小鼠microRNA

产品规格

0.1/0.25/0.5/1/2 nmol

200 μL, 10^8 TU/mL


此外,如果您需要部分基因的合集文库,您可以挑选感兴趣的microRNA,进行Cherry-pick文库定制, Cherry-pick定制文库为阵列型文库,所有microRNA 调控产品都可以选择加入到您的Cherry-pick文库中。


Dharmacon microRNA cherry-pick定制文库

产品类型

miRIDIAN microRNA

模拟物

miRIDIAN microRNA 发夹阻遏物

种属

人类,小鼠,

大鼠

人类,小鼠,

大鼠

产品形式

阵列型文库,合成RNA的冻干粉,可选单条形式(individual),4条组合包装(set of 4 )

可选基因

miRBase序列数据库v.21.0中所有人类、小鼠和大鼠 microRNA,客户自选,随意搭配组合

产品规格

0.1/0.25/0.5/1/2 nmol

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自动化整合平台


瑞孚迪在explorer G3自动化整合平台上专为microRNA文库的功能筛选定制高通量筛选系统,基于细胞成像或分子表达水平筛选和功能鉴定。能够实现从细胞铺板,转染,培养与检测全流程的自动化。





JANUS G3液体工作站


Zephyr G3液体工作站


FlexDrop iQ纳升级非接触式分液器


Victor Nivo多功能酶标仪


自动化培养箱


PCR仪 & qPCR仪


plate::handler Flex机械臂


plate::works中控系统




JANUS G3液体工作站


Envision多模式检测系统


Operetta CLS/Opera Phenix Plus高内涵


自动化培养箱


自动化分液器


plate::handler Flex机械臂


plate::works中控系统



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生命科学转化应用方案


在上述的技术方案的基础上,瑞孚迪生命科学联合强大、专业的全视野细胞影像、高内涵和小动物活体影像解决方案,从(亚)细胞、3D复杂模型到小动物表型研究出发,有力推动miRNA的临床转化研究和新型药物型式开发。



全视野细胞影像&高内涵解决方案


通过优化人工微小RNA(miRNA)来抑制毒性转基因的表达,可以显著提高腺相关病毒(AAV)载体在HEK-293细胞中的产量和应用潜力,在该研究中Opera Phenix高内涵系统被用于高通量拍摄AVV转染细胞的荧光表达情况。Harmony4.9及Clumbus软件进行GFP荧光阳性分析[1]

在肿瘤研究中miRNA的表达变化会影响患者对放射治疗的敏感程度。体外培养的3D乳腺癌肿瘤球中,抑制miR-21的表达,可以控制放射后的肿瘤球生长并诱导凋亡,使用Operetta高内涵成像系统和Harmony高含量成像分析软件,可以轻松监测分析肿瘤微球的生长,展示miRNA的抑制与放射疗法的协同效应[2]



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小动物活体影像解决方案


炎症诱导的间充质干细胞,通过外泌体释放miRNA,增强免疫调节功能,以抑制神经炎症的水平。通过瑞孚迪小动物活体成像系统,对小鼠活体及离体器官进行成像,可以监测外泌体的分布及靶向。[3]

越来越多的证据表明癌细胞转移在控制原发肿瘤,甚至在原发部位之外;然而,原发肿瘤远程控制转移的机制尚不清楚。在这里,作者发现了原发肿瘤抑制转移性生长的分子机制。使用瑞孚迪小动物活体成像技术 进行肿瘤生长转移的监测,结果显示原位肿瘤来源的外泌体(pTDE)能够抑制肿瘤的转移性生长,进一步研究发现miR-1在原发肿瘤源性外泌体中特别富集,是发挥抑制作用的关键[4]



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附录:2023~2024年使用Dharmacon 

miRNA产品发表的高分文章(部分):

1. Ghosh T, Almeida R G, Zhao C, et al. A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon-RNA-mediated control of myelin gene expression[J]. Cell, 2024, 187(4): 814-830. e23.

2. You E, Danaher P, Lu C, et al. Disruption of cellular plasticity by repeat RNAs in human pancreatic cancer[J]. Cell, 2024.

3. Lascaux P, Hoslett G, Tribble S, et al. TEX264 drives selective autophagy of DNA lesions to promote DNA repair and cell survival[J]. Cell, 2024.

4. Tong Y, Lee Y, Liu X, et al. Programming inactive RNA-binding small molecules into bioactive degraders[J]. Nature, 2023, 618(7963): 169-179.

5. Ngo L H, Bert A G, Dredge B K, et al. Nuclear export of circular RNA[J]. Nature, 2024, 627(8002): 212-220.

6. Tufan T, Comertpay G, Villani A, et al. Rapid unleashing of macrophage efferocytic capacity via transcriptional pause release[J]. Nature, 2024, 628(8007): 408-415.

7. Anerillas C, Mazan-Mamczarz K, Herman A B, et al. The YAP–TEAD complex promotes senescent cell survival by lowering endoplasmic reticulum stress[J]. Nature Aging, 2023, 3(10): 1237-1250.

8. Adler O, Zait Y, Cohen N, et al. Reciprocal interactions between innate immune cells and astrocytes facilitate neuroinflammation and brain metastasis via lipocalin-2[J]. Nature Cancer, 2023, 4(3): 401-418.

9. Ngai D, Schilperoort M, Tabas I. Efferocytosis-induced lactate enables the proliferation of pro-resolving macrophages to mediate tissue repair[J]. Nature Metabolism, 2023, 5(12): 2206-2219.

10. Olarewaju O, Hu Y, Tsay H C, et al. MicroRNA miR-20a-5p targets CYCS to inhibit apoptosis in hepatocellular carcinoma[J]. Cell Death & Disease, 2024, 15(6): 456.

11. Zhang Y, Zhao Z, Huang L A, et al. Molecular mechanisms of snoRNA-IL-15 crosstalk in adipocyte lipolysis and NK cell rejuvenation[J]. Cell Metabolism, 2023, 35(8): 1457-1473. e13.

12. Deforzh E, Kharel P, Zhang Y, et al. HOXDeRNA activates a cancerous transcription program and super enhancers via genome-wide binding[J]. Molecular Cell, 2024.

13. Subramanian E, Elewa A, Brito G, et al. A small noncoding RNA links ribosome recovery and translation control to dedifferentiation during salamander limb regeneration[J]. Developmental Cell, 2023, 58(6): 450-460. e6.

14. Eom S, Peak J, Park J, et al. Widespread 8-oxoguanine modifications of miRNA seeds differentially regulate redox-dependent cancer development[J]. Nature Cell Biology, 2023, 25(9): 1369-1383.

15. Yanagawa K, Kuma A, Hamasaki M, et al. The Rubicon–WIPI axis regulates exosome biogenesis during ageing[J]. Nature Cell Biology, 2024: 1-13.

16. Wang Y, Li S, Hu M, et al. Universal STING mimic boosts antitumour immunity via preferential activation of tumour control signalling pathways[J]. Nature Nanotechnology, 2024: 1-11.

17. Grelloni C, Garraffo R, Setti A, et al. BRCA1 levels and DNA-damage response are controlled by the competitive binding of circHIPK3 or FMRP to the BRCA1 mRNA[J]. Molecular Cell, 2024.

18. Martin C G, Bent J S, Hill T, et al. Epithelial UNC-23 limits mechanical stress to maintain glia-neuron architecture in C. elegans[J]. Developmental Cell, 2024.

19. Farberov S, Ziv O, Lau J Y, et al. Structural features within the NORAD long noncoding RNA underlie efficient repression of Pumilio activity[J]. Nature Structural & Molecular Biology, 2024: 1-13.

20. Lucas M C, Pryszcz L P, Medina R, et al. Quantitative analysis of tRNA abundance and modifications by nanopore RNA sequencing[J]. Nature Biotechnology, 2024, 42(1): 72-86.

21. Kathman S G, Koo S J, Lindsey G L, et al. Remodeling oncogenic transcriptomes by small molecules targeting NONO[J]. Nature chemical biology, 2023, 19(7): 825-836.

22. Akhade V S, Liu T, Docking T R, et al. Control of focal adhesion kinase activation by RUNX1-regulated miRNAs in high-risk AML[J]. Leukemia, 2023, 37(4): 776-787.

23. Yee Mon K J, Kim S, Dai Z, et al. Functionalized nanowires for miRNA-mediated therapeutic programming of na?ve T cells[J]. Nature Nanotechnology, 2024: 1-13.

24. Eom S, Peak J, Park J, et al. Widespread 8-oxoguanine modifications of miRNA seeds differentially regulate redox-dependent cancer development[J]. Nature Cell Biology, 2023, 25(9): 1369-1383.

25. Hu S, Zhu Y, Zhao X, et al. Hepatocytic lipocalin-2 controls HDL metabolism and atherosclerosis via Nedd4-1-SR-BI axis in mice[J]. Developmental Cell, 2023, 58(21): 2326-2337. e5.

26. Li Q, Liu X, Du Y, et al. Protocatechuic acid boosts continual efferocytosis in macrophages by derepressing KLF4 to transcriptionally activate MerTK[J]. Science signaling, 2023, 16(786): eabn1372.

27. Revu S K, Yang W, Rajasundaram D, et al. Human IL-17A protein production is controlled through a PIP5K1α-dependent translational checkpoint[J]. Science signaling, 2023, 16(808): eabo6555.

28. Carden H, Harper K L, Mottram T J, et al. Kv1. 3-induced hyperpolarization is required for efficient Kaposi’s sarcoma–associated herpesvirus lytic replication[J]. Science Signaling, 2024, 17(845): eadg4124.

29. Dasgupta S, Pandya M A, Zanin J P, et al. ProNGF elicits retrograde axonal degeneration of basal forebrain neurons through p75NTR and induction of amyloid precursor protein[J]. Science Signaling, 2024, 17(855): eadn2616.

30. Akhade V S, Liu T, Docking T R, et al. Control of focal adhesion kinase activation by RUNX1-regulated miRNAs in high-risk AML[J]. Leukemia, 2023, 37(4): 776-787.

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参考文献


1. Gina Blahetek, et al. Suppression of toxic transgene expression by optimized artificial miRNAs increases AAV vector yields in HEK-293 cells. Mol Ther Methods Clin Dev. 2024 Jun 10;32(3):101280.

2. Inhibition of MicroRNA sensitizes 3D breast cancer microtissues to radiation therapy. Case study by

3. Eleni Markoutsa, et al. Extracellular vesicles derived from inflammatory-educated stem cells reverse brain inflammation—implication of miRNAs. Molecular Therapy Vol. 30 No 2 February 2022

4. Chae-Yi Kim, et al. Extracellular vesicle-mediated transfer of miRNA-1 from primary tumors represses the growth of distant metastases. Experimental & Molecular Medicine (2024) 56:734 – 746


本文由:李想、Kai、Fay、Sherry、Charlotte、Felix共同撰写


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