[論文レビュー] Characteristics Of Intronic And Intergenic Human Mirnas And Features Of Their Interaction With Mrna

Assel Issabekova, Olga Berillo+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2011

MicroRNA in disease regulation参考文献 44被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、51種のヒトオントゲンに対して計算的手法を用いてmiRNA結合部位を予測・特徴付けし、5'UTRおよびCDS領域に3'UTRよりも顕著に高いmiRNA部位密度が存在することを明らかにした。RNAHybridおよびカスタムスクリプトを用い、5'-優位なキャノニカル型、3'-補完型、完全相同型の3種類の相互作用タイプを同定した。また、イントロン内に位置するmiRNAは、そのホスト遺伝子mRNAを標的にしないことが示され、胃腸管がん関連経路において、遺伝子間miRNA（ig-miRNA）とイントロン内miRNA（in-miRNA）が異なる調節的リンクを示していることが明らかになった。

ABSTRACT

Regulatory relationships of 686 intronic miRNA and 784 intergenic miRNAs with mRNAs of 51 intronic miRNA coding genes were established. Interaction features of studied miRNAs with 5'UTR, CDS and 3'UTR of mRNA of each gene were revealed. Functional regions of mRNA were shown to be significantly heterogenous according to the number of binding sites of miRNA and to the location density of these sites.

研究の動機と目的

• 胃腸管および乳がんに関与するオントゲンの5'UTR、CDS、3'UTRにおけるmiRNA結合部位を同定・特徴付けること。
• 遺伝子間（ig-miRNA）、イントロン内（in-miRNA）、エクソン内（ex-miRNA）のmiRNAの結合部位の分布および密度を特定すること。
• シード領域依存および補完的メカニズムを含む、miRNA:mRNA相互作用の構造的・エネルギー的特徴を調査すること。
• 特にがん関連経路において、miRNAをコードする遺伝子とその標的mRNAとの間の調節的リンクを調査すること。
• 熱力学的エネルギー（ΔG/ΔGm）と統計的有意性（p < 0.0005）を用いて、miRNA結合部位の機能的関連性を検証すること。

提案手法

• miRBaseおよびGenBankを用いて、ヒト（Homo sapiens、GRCh37.2）のmiRNAおよびmRNA配列を取得した。
• miRNAFinder 2.2を用いて、miRNAを遺伝子間、イントロン内、エクソン内に分類した。
• RNAHybrid 2.1を用いて、miRNA:mRNA結合部位（位置、結合エネルギーΔG、相互作用タイプ）を予測した。
• E-RNAhybridスクリプトを開発し、ΔG/ΔGm比（最大結合エネルギーの割合）、p値、およびmiRNA長に基づく等価化係数を計算した。
• 5'UTR、CDS、3'UTR領域における1000塩基あたりの部位密度（s/l）を計算した。
• 有意性の閾値をp < 0.0005に設定し、予測の正規化にGC含量およびmiRNA長（21 ntを基準）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オントゲンmRNAの5'UTR、CDS、3'UTR領域において、miRNA結合部位の密度が最も高いのはどの領域か？
• RQ2 イントロン内miRNA（in-miRNA）は、そのホスト遺伝子mRNAを調節するのか？
• RQ3 ヒトオントゲンにおいて、支配的となるmiRNA:mRNA相互作用メカニズム（例：5'-優位型、3'-補完型、完全相同型）は何か？
• RQ4 遺伝子間miRNAとイントロン内miRNAは、がん関連遺伝子間の調節ネットワークにどのように寄与するか？
• RQ5 miRNA長およびGC含有量は、結合部位の特異性と信頼性を決定づける役割を果たすのか？

主な発見

• 5'UTRのmiRNA部位密度はCDSの2.6倍、3'UTRの2.8倍であり、51個のオントゲンにおいてCDSに53.1%、5'UTRに15.8%の部位が存在する。
• イントロン内miRNA（in-miRNA）は、そのホスト遺伝子mRNAに対して顕著な結合を示さず、自己調節がないことが示された。
• miRNA部位の30.8%が5'UTR、53.1%がCDS、31.1%が3'UTRに存在し、miRNA調節が主に3'UTRに依存するという仮定に反する結果となった。
• mRNAあたりの平均miRNA結合部位数は6であり、in-miRNAはig-miRNAに比べてmRNAあたり19%多い部位を有する。
• 3種類の明確な相互作用タイプが同定された：5'-優位なキャノニカル型（シード依存）、3'-補完型、完全相同型で、miRNAの全領域が結合エネルギー（ΔG/ΔGm）に寄与している。
• 22 ntの長さと50–55%のGC含有量を示すmiRNAが最も多く、等価化係数により21 ntでないmiRNAの予測精度が向上した。