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如何寻找miRNA靶基因？——成熟miRNA 的形成 microRNA （miRNA ）是一类能够调节基因表达的短单链內源 非编码RNA （约22nt ），通过与互补的mRNA选择性地结合抑制蛋白 的产生，广泛存在于动物、植物、病毒等多种有机体中。 miRNA 通常位于基因间或者内含子区域，在细胞核内有 RNA 聚合酶Ⅱ 转录产生具有帽子结构多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。在核 酸酶 Drosha 及其辅助因子 Pasha 的作用下，pri-miRNA 被处理成 70 个核苷酸组成具有茎环结构的pre-miRNA，然后由Exportin 5 等 转运至细胞质。Dicer 将pre-miRNA 切割成约22nt 的双链miRNA， 双链 miRNA 讲解形成单链的成熟 miRNA。成熟 miRNA 还需要与 Argonaute 蛋白等组装形成 RNA 诱导沉默复合体（RISC），RISC 作用于特异 mRNA 的 3’UTR ，从而抑制翻译过程或者直接讲解 mRNA。整个过程如图所示。 如何寻找miRNA靶基因？——生物信息学方法寻 找miRNA靶基因 尽管对miRNA功能的认识还不是非常清楚，但miRNA在许多生 物过程中起关键作用，包括发育、细胞分化、增殖、凋亡、肿瘤转移 等。准确快速地预测miRNA靶基因对于研究miRNA功能以及分析 miRNA参与的生物学过程具有十分重要的意义。目前寻找miRNA靶 基因的方法主要有生物信息学以及生物实验方法。 1、生物信息学方法 生物信息学方法主要是利用某种算法对靶基因样本进行评分及 筛选。生物信息学的方法只是通过算法为研究人员提供可能性最大的 参考信息，还需要通过实验进行验证。 使用计算机预测植物miRNA靶基因比较简单，因为在植物中 miRNA与靶基因几乎还是以完全互补配对的方式结合，预测不需要 复杂的算法。而预测动物miRNA靶基因则存在一定的困难，主要是 目前已知的miRNA靶基因及其确切靶点不多，在算法编写时没有足 够的已知样本可供参考。但是，miRNA与靶基因间的相互作用仍然 具有一定的规律性。目前常规的算法主要遵循以下几个常用原则：（a ） miRNA与靶基因的互补性；（b）miRNA靶位点在不同物种之间的保 守性；（c ）miRNA-mRNA双链之间的热稳定性；（d ）miRNA靶位 点不会有复杂的二级结构；（e ）miRNA 5’端于靶基因的结合能力强 于3’端。除了这些基本原则以外，不同的预测方法还会根据各自总结 的规律对算法进行限制和优化。 （1）miRanda miRanda是最早利用生物信息学对miRNA靶基因进行预测的软 件，由Enright等人[1]于2003年开发设计。其对3’UTR 的筛选依据主 要是从序列匹配、miRNA与mRNA双链的热稳定性以及靶位点的保守 性三个方面进行分析。综合这3条原则，miRanda选取每条miRNA相 对的3’UTR 中排名前十位的基因，作为miRNA的候选靶基因，对于多 个miRNA对应于同一靶位点的情况，miRanda使用贪心算法（Greedy Algorithm ）选取其中得分最高且自由能最低的那一对。[2] （2 ）TargetScan和TargetScanS TargetScan是Lewis等人[3]在2003年开发的一款用于预测哺乳 动物miRNA靶基因的软件，该软件将RNA间相互作用的热力学模型 与序列比对分析相结合，预测不同物种间保守的miRNA结合位点。 TargetScan还引入了信号噪声比来评估预测结果的准确度，所谓信 号噪声比即用已知（信号组）和随机生成的miRNA （噪声组）分别 对mRNA的3’UTR进行预测，所得靶基因数目的比值。随着物种数目 的增多，预测得到的靶基因减少，但准确性得到了相应的提高。 后来，Lewis 等人[4] 又对TargetScan 进行了优化，即 TargetScanS 。TargetScanS在人、小鼠、大鼠的基础上增加了狗 （Canis familiaris ）和鸡（Gallus gallus ）的基因组数据，同时在算 法上做了改动。 （3 ）RNAhybrid RNAhybrid是Rehmsmeier等人[5]在2004年开发的一种基于分 析miRNA和靶基因间形成双链的二级结构，从而预测miRNA靶基因 的软件。RNAhybrid在实质上是一种经典RNA二级结构预测软件的扩 展，能