[논문 리뷰] Characteristics Of Intronic And Intergenic Human Mirnas And Features Of Their Interaction With Mrna

Assel Issabekova, Olga Berillo외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 24.

MicroRNA in disease regulation참고 문헌 44인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 51개의 인간 옹 oncogene에서 miRNA 결합 부위를 계산적으로 예측하고 특성화하여, 5'UTR 및 CDS 영역이 3'UTR보다 유의하게 높은 miRNA 부위 밀도를 가짐을 밝혀냈다. RNAHybrid과 맞춤형 스크립트를 사용하여 5'-지배적 표준형, 3'-보완형, 완전 보완형의 세 가지 상호작용 유형을 식별하였으며, 이는 내인성 miRNA가 호스트 유전자 mRNA를 타겟으로 하지 않으며, 위장관계 암 경로에서 유전자 간의 상이한 조절 링크를 가지는 것으로 나타났다.

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.

연구 동기 및 목표

• 위장관계 및 유방암과 관련된 옹 oncogene의 5'UTR, CDS, 3'UTR에서 miRNA 결합 부위를 식별하고 특성화하기.
• 유전자 간 (ig-miRNA), 내인성 (in-miRNA), 외계성 (ex-miRNA) miRNA의 결합 부위 분포 및 밀도를 규명하기.
• 시드 기반 및 보완 메커니즘을 포함한 miRNA:mRNA 상호작용의 구조적 및 에너지적 특성 분석하기.
• 특히 암 관련 경로에서 miRNA를 코딩하는 유전자와 그 타겟 mRNA 간의 조절 링크 탐색하기.
• 열역학적 에너지(ΔG/ΔGm)와 통계적 유의성(p < 0.0005)를 사용하여 miRNA 결합 부위의 기능적 중요성 검증하기.

제안 방법

• miRBase와 GenBank를 사용하여 인간(Homo sapiens, GRCh37.2)의 miRNA 및 mRNA 서열 확보.
• miRNAFinder 2.2를 적용하여 miRNA를 유전자 간, 내인성, 외계성으로 분류.
• RNAHybrid 2.1을 사용하여 miRNA:mRNA 결합 부위 예측(위치, 결합 에너지 ΔG, 상호작용 유형 포함).
• E-RNAhybrid 스크립트 개발을 통해 miRNA 길이 기반으로 ΔG/ΔGm 비율(최대 결합 에너지의 백분율), p-값, 등가 계수 계산.
• 5'UTR, CDS, 3'UTR 영역에서 1000nt당 부위 수(s/l)로 부위 밀도 계산.
• 유의성 기준을 p < 0.0005로 설정하고, GC 함량 및 miRNA 길이(기준 21nt)를 사용하여 예측값 정규화.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 옹 oncogene의 mRNA 5'UTR, CDS, 3'UTR 영역에서 miRNA 결합 부위 밀도가 가장 높은 곳은 어디인가요?
• RQ2 내인성 miRNA(in-miRNA)는 호스트 유전자 mRNA의 발현을 조절합니까?
• RQ3 인간 옹 oncogene에서 지배적인 miRNA:mRNA 상호작용 메커니즘(예: 5'-지배적, 3'-보완형, 완전 보완형)은 무엇인가요?
• RQ4 유전자 간 및 내인성 miRNA는 암 관련 유전자 간 조절 네트워크에 어떻게 기여합니까?
• RQ5 miRNA 길이와 GC 함량은 결합 부위 특이성 및 신뢰도를 결정하는 데 어떤 역할을 합니까?

주요 결과

• 5'UTR는 CDS보다 2.6배, 3'UTR보다 2.8배 높은 miRNA 부위 밀도를 보이며, 51개의 옹 oncogene에서 CDS의 53.1%와 5'UTR의 15.8%를 차지함.
• 내인성 miRNA(in-miRNA)는 호스트 유전자 mRNA에 유의미한 결합을 보이지 않아 자가조절이 없음을 시사함.
• miRNA 부위의 30.8%는 5'UTR, 53.1%는 CDS, 31.1%는 3'UTR에 분포하여 miRNA 조절이 주로 3'UTR에 의해 주도된다는 가정을 도전함.
• mRNA당 평균 miRNA 결합 부위 수는 6개이며, in-miRNA는 ig-miRNA보다 mRNA당 19% 더 많은 부위를 가짐.
• 세 가지 상이한 상호작용 유형을 규명함: 5'-지배적 표준형(시드 기반), 3'-보완형, 완전 보완형으로, 모든 miRNA 영역이 결합 에너지(ΔG/ΔGm)에 기여함.
• 22nt 길이 및 50–55% GC 함량을 가진 miRNA가 가장 흔하며, 등가 계수는 21nt가 아닌 miRNA의 예측 정확도 향상에 기여함.