MicroRNAs (miRNAs) play cardinal roles in regulating biological pathways and processes, resulting in significant physiological effects. To understand the complex regulatory network of miRNAs, previous studies have utilized massivescale datasets of miRNA targeting and attempted to computationally predict the functional targets of miRNAs. Many miRNA target prediction tools have been developed and are widely used by scientists from various fields of biology and medicine. Most of these tools consider seed pairing between miRNAs and their mRNA targets and additionally consider other determinants to improve prediction accuracy. However, these tools exhibit limited prediction accuracy and high false positive rates. The utilization of additional determinants, such as RNA modifications and RNA-binding protein binding sites, may further improve miRNA target prediction. In this review, we discuss the determinants of functional miRNA targeting that are currently used in miRNA target prediction and the potentially predictive but unappreciated determinants that may improve prediction accuracy.
MicroRNAs (miRNAs) are ~22nt-long single-stranded RNA molecules that form a RNA-induced silencing complex with Argonaute (AGO) protein to post-transcriptionally downregulate their target messenger RNAs (mRNAs). To understand the regulatory mechanisms of miRNA, discovering the underlying functional rules for how miRNAs recognize and repress their target mRNAs is of utmost importance. To determine functional miRNA targeting rules, previous studies extensively utilized various methods including high-throughput biochemical assays and bioinformatics analyses. However, targeting rules reported in one study often fail to be reproduced in other studies and therefore the general rules for functional miRNA targeting remain elusive. In this review, we evaluate previously-reported miRNA targeting rules and discuss the biological impact of the functional miRNAs on gene-regulatory networks as well as the future direction of miRNA targeting research.
It has been reported that exogenously introduced micro-RNA (exo-miRNA) competes with endogenously expressed miRNAs (endo-miRNAs) in human cells, resulting in a detectable upregulation of mRNAs with endo-miRNA target sites (TSs). However, the detailed mechanisms of the competition between exo- and endo-miRNAs remain uninvestigated. In this study, using 74 microarrays that monitored the whole-transcriptome response after introducing miRNAs or siRNAs into HeLa cells, we systematically examined the derepression of mRNAs with exo- and/or endo-miRNA TSs. We quantitatively assessed the effect of the number of endo-miRNA TSs on the degree of mRNA derepression. As a result, we observed that the number of endo-miRNA TSs was significantly associated with the degree of derepression, supporting that the derepression resulted from the competition between exo- and endo-miRNAs. However, when we examined whether the site proficiency of exo-miRNA TSs could also influence mRNA derepression, to our surprise, we discovered a strong positive correlation. Our analysis indicates that site proficiencies of both exo- and endo-miRNA TSs are important determinants for the degree of mRNA derepression, implying that the derepression of mRNAs in response to exo-miRNA is more complex than that currently perceived. Our observations may lead to a more complete understanding of the detailed mechanisms of the competition between exo- and endo-miRNAs and to a more accurate prediction of miRNA targets. Our analysis also suggests an interesting hypothesis that long 3'-UTRs may function as molecular buffer against gene expression regulation by individual miRNAs.
MicroRNAs (miRNAs) regulate gene expression by guiding the Argonaute (Ago)-containing RNA-induced silencing complex (RISC) to specific target mRNA molecules. It is well established that miRNAs are stabilized by Ago proteins, but the molecular features that trigger miRNA destabilization from Ago proteins remain largely unknown. To explore the molecular mechanisms of how targets affect the stability of miRNAs in human Ago (hAgo) proteins, we employed an in vitro system that consisted of a minimal hAgo2-RISC in HEK293T cell lysates. Surprisingly, we found that miRNAs are drastically destabilized by binding to seedless, non-canonical targets. We showed that miRNAs are destabilized at their 3' ends during this process, which is largely attributed to the conformational flexibility of the L1-PAZ domain. Based on these results, we propose that non-canonical targets may play an important regulatory role in controlling the stability of miRNAs, instead of being regulated by miRNAs.
In animals, microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs) repress expression of protein coding genes by assembling distinct RNA-induced silencing complexes (RISCs). It has previously been shown that passenger-strand cleavage is the predominant mechanism when siRNA duplexes are loaded into Argonaute2 (Ago2)-containing RISC, while an unwinding bypass mechanism is favored for miRNA duplexes with mismatches. Here I present experimental data indicating that some mammalian miRNAs are assembled into Ago2-containing RISC by cleaving their corresponding miRNA star strands. This phenomenon may depend on the secondary structure near the scissile phosphate of the miRNA duplex. In addition, I show that ATP is not required for star-strand cleavage in this process. Taken together, the data here provide insight into the miRNA-loading mechanisms in mammals.
At the post-transcriptional and translational levels, microRNA (miRNA) represses protein-coding genes via seed pairing to the 3' untranslated regions (UTRs) of mRNA. Although working models of miRNA-mediated gene silencing are successfully established using miRNA transfections and knockouts, the regulatory interaction between miRNA and long non-coding RNA (lncRNA) remain unknown. In particular, how the mRNA-resembling lncRNAs with 5' cap, 3' poly(A)-tail, or coding features, are regulated by miRNA is yet to be examined. We therefore investigated the functional interaction between miRNAs and lncRNAs with/without those features, in miRNA-transfected early zebrafish embryos. We observed that the greatest determinants of the miRNA-mediated silencing of lncRNAs were the 5' cap and 3' poly(A)-tails in lncRNAs, at both the post-transcriptional and translational levels. The lncRNAs confirmed to contain 5' cap, 3' poly(A)-tail, and the canonical miRNA target sites, were observed to be repressed in the level of both RNA and ribosome-protected fragment, while those with the miRNA target sites and without 5' cap and 3' poly(A)-tail, were not robustly repressed by miRNA introduction, thus suggesting a role as a miRNA-decoy.
Objective : Cerebral aneurysm (CA) is an important acquired cerebrovascular disease that can cause catastrophic results. MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs, playing essential roles in modulating basic physiologic and pathological processes. Currently, evidences have been established about biologic relationship between miRNAs and abdominal aortic aneurysms. However, biologic roles of miRNAs in CA formation have not been explained yet. We employed microarray analysis to detect and compare miRNA expression profiles in late stage of CA in rat model. Methods : Twenty-six, 7-week-old male Sprague-Dawley rats underwent a CA induction procedure. The control animals (n=11) were fed a normal diet, and the experimental animals (n=26) were fed a normal diet with 1% normal saline for 3 months. Then, the rats were sacrificed, their cerebral arteries were dissected, and the five regions of aneurysmal dilation on the left posterior communicating artery were cut for miRNA microarrays analysis. Six miRNAs (miRNA-1, miRNA-223, miRNA-24-1-5p, miRNA-551b, miRNA-433, and miRNA-489) were randomly chosen for validation using real-time quantitative PCR. Results : Among a set of differentially expressed miRNAs, 14 miRNAs were over-expressed more than 200% and 6 miRNAs were down-expressed lower than 50% in the CA tissues. Conclusion : The results show that miRNAs might take part in CA formation probably by affecting multiple target genes and signaling pathways. Further investigations to identify the exact roles of these miRNAs in CA formation are required.
MicroRNAs (miRNAs) are a class of naturally occurring small non-coding RNAs of about 22 nucleotides that have recently emerged as important regulators of gene expression at the posttranscriptional level. Recent studies provided clear evidence that microRNAs are abundant in the lung, liver and kidney and modulate a diverse spectrum of their functions. Moreover, a large number of studies have reported links between alterations of miRNA homeostasis and pathological conditions such as infectious diseases, sickle cell disease and endometrium diseases as well as lung, liver and kidney diseases. As a consequence of extensive participation of miRNAs in normal functions, alteration and/or abnormalities in miRNAs should have importance in human diseases. Beside their important roles in patterning and development, miRNAs also orchestrated responses to pathogen infections. Particularly, emerging evidence indicates that viruses use their own miRNAs to manipulate both cellular and viral gene expression. Furthermore, viral infection can exert a profound impact on the host cellular miRNA expression profile, and several RNA viruses have been reported to interact directly with cellular miRNAs and/or to use these miRNAs to augment their replication potential. Here I briefly summarize the newly discovered roles of miRNAs in various human diseases including infectious diseases, sickle cell disease and enodmetrium diseases as well as lung, liver and kidney diseases.
Objective: MicroRNAs (miRNAs) are the most abundant small RNAs. Approximately 2,000 annotated miRNAs genes have been found to be differentially expressed in ovarian follicles during the follicular development (FD). Many miRNAs exert their regulatory effects on the apoptosis of follicular granulosa cells (FGCs) and FD. However, accurate roles and mechanism of miRNAs regulating apoptosis of FGCs remain undetermined. Methods: In this review, we summarized the regulatory role of each miRNA or miRNA cluster on FGCs apoptosis and FD on the bases of 41 academic articles retrieved from PubMed and web of science and other databases. Results: Total of 30 miRNAs and 4 miRNAs clusters in 41 articles were reviewed and summarized in the present article. Twenty nine documents indicated explicitly that 24 miRNAs and miRNAs clusters in 29 articles promoted or induced FGCs apoptosis through their distinctive target genes. The remaining 10 miRNAs and miRNAs of 12 articles inhibited FGCs apoptosis. MiRNAs exerted modulation actions by at least 77 signal pathways during FGCs apoptosis and FD. Conclusion: We concluded that miRNAs or miRNAs clusters could modulate the apoptosis of GCs (including follicular GCs, mural GCs and cumulus cells) by targeting their specific genes. A great majority of miRNAs show a promoting role on apoptosis of FGCs in mammals. But the accurate mechanism of miRNAs and miRNA clusters has not been well understood. It is necessary to ascertain clearly the role and mechanism of each miRNA or miRNA cluster in the future. Understanding precise functions and mechanisms of miRNAs in FGCs apoptosis and FD will be beneficial in developing new diagnostic and treatment strategies for treating infertility and ovarian diseases in humans and animals.
MicroRNA (miRNA) dysregulations are associated with various types of human cancers, and miRNAs can function as tumor suppressors and oncogenes. Emerging evidence has shown that miRNA pathway is also altered during colorectal tumorigenesis. The detection of cancer-related miRNAs in stool samples may become useful diagnostic marker for colorectal cancer, because miRNAs in stool samples has high stability, and maintains a high portion of its original level. Recent studies reported that stool-based miRNAs can offer more sensitivity and specificity than currently used stool-based screening methods for CRC. In addition, unlike fecal occult blood test, sampling on consecutive dates and special dietary restrictions are not required. In this review, the authors discuss stool-based miRNA for the early diagnosis of CRC and perspectives on future application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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