在腫瘤發生的經典模型中,癌癥通過慢慢積累突變、放任細胞增長而發生。許多這樣的突變影響關鍵的調控蛋白,如原癌基因和抑癌基因。不過,非編碼RNA基因的突變也同樣有害,尤其是microRNA。
microRNA(miRNA)是一類22個核苷酸的調控轉錄本。它們與mRNA靶點相結合,或抑制其翻譯,或誘導其降解。因此,它們也像轉錄因子一樣,影響基因表達。
根據Brigham婦女醫院的Sean Lawler在2014年發表的綜述,第一個將miRNA與癌癥相關聯的線索發表于2002年,研究發現慢性淋巴細胞白血病中的miR-15和miR -16缺失,導致它們的靶點BCL2上調。自那時起,人們開始研究miRNA在癌癥中的作用。
如今,研究人員已經鑒定出數千個miRNA,并積極研究它們的生物學,以及它們是否能作為疾病、預后或治療反應的生物標志物。各種各樣的工具也應運而生,協助研究人員更好地了解miRNA的作用。
模擬物和抑制劑
大多數的miRNA工具分成兩大類:miRNA操控和miRNA表達分析。
操控這一類主要是miRNA模擬物、抑制劑和表達構建體。模擬物和抑制劑是合成分子,顧名思義,模擬miRNA的表達或阻斷它們的調控能力。表達構建體讓研究人員能通過一個或多個miRNA基因的轉錄,在靶細胞上施加長期影響。
Dharmacon(現屬于GE Healthcare)提供模擬物和抑制劑;這些可通過轉染導入細胞。據Dharmacon研發主管Melissa Kelley介紹,研究人員可以在相同條件下、不同的孔中使用模擬物和抑制劑,尋找相反的表型,以便對結果更加自信。
Dharmacon也提供慢病毒表達的模擬物,稱為shMIMIC lentiviral microRNA,用于那些無法輕易轉染或需要長期活性的細胞。據Kelley介紹,shMIMIC lentiviral microRNA是短的發夾結構,在細胞中表達并被處理成成熟的miRNA,以驗證表達特定的miRNA是否能讓細胞恢復正常生長。
表達工具
與所有RNA一樣,研究人員也可以利用新一代測序(NGS)、芯片、qPCR和原位雜交等方法來定量miRNA。
NGS和芯片撒下了一張最大的網,特別適合探索性的研究,比如確定耐藥性的轉錄特征。這兩種方法都帶來了全基因組的覆蓋度,不過NGS是無假說的,賽默飛世爾科技的TaqMan產品經理Sara Brown如是說。“你可以鑒定之前不知道的新miRNA,但缺點在于流程和價格,以及生物信息學。”
Affymetrix的腫瘤產品銷售主管Guy Afseth 則表示,qPCR提供了低成本、靈敏度和通量的優勢,特別適合在大量樣品中驗證候選的miRNA,而ISH讓研究人員能夠在形態背景下定量轉錄本。
Affymetrix(現屬于賽默飛世爾)提供了兩方面的產品,包括GeneChip芯片,以及原位雜交檢測(ViewRNA miRNA ISH Cell Assay),能夠同時熒光定量1個miRNA和2個mRNA目標。
ViewRNA檢測是基于支鏈DNA雜交方案,將信號強度擴大了8000倍。據Afseth介紹,miRNA的檢測方案與其他轉錄本是相同的,不過由于miRNA很短,探針設置上就缺乏靈活性,這也意味著靈敏度和特異性可能受到影響。
據Affymetrix表達業務部門的銷售主管Johanne McGregor介紹,他們目前的miRNA芯片設計(4.0版,基于miRBase 20)不僅包含了miRBase數據庫中每個轉錄本的探針,也包含了其他一些短的非編碼RNA的探針,如snoRNA和scaRNA,“讓研究人員能更廣 泛地探索非編碼RNA世界”。通過該公司的MyGeneChip?定制芯片項目也可獲得定制芯片。
賽默飛世爾為miRNA檢測提供了兩種類型的qPCR分析。第一代的TaqMan檢測利用miRNA特異的 莖環結構引物來形成miRNA轉錄本的DNA拷貝。Brown認為,這在特異性上具有優勢,但合成的cDNA不能用于其他miRNA的分析,對于珍貴的臨 床樣本而言,這是個問題。
最近,這家公司推出了基于通用引物的第二代策略,擴增樣品中的所有miRNA,即使是那些還未被發現的miRNA。“你只要保存好cDNA,它可用于未來任何miRNA的研究,”Brown說。
如果你想要直接定量體液中的miRNA,那么Abcam的Firefly檢測適合你。據Abcam的經理Dan Pregibon介紹,Firefly依賴一系列棒狀的水凝膠微粒。每個微粒都帶有條形碼,可識別特定的miRNA;一個樣品中最多可混合70個條形碼。
具體過程是,將樣品與多個Firefly微粒混合,每個微粒捕獲與其互補的miRNA。那些miRNA經過 生物素化引物的擴增,再次被微粒捕獲,并標上鏈霉親和素結合的熒光基團。最后,在流式細胞儀分析微粒,以確定miRNA的種類和豐度。目前,Abcam提 供5種預制的Firefly試劑盒,也提供定制產品。
更好的癌癥診斷
所有這些工具期望的結果,當然是新的生物標志物和療法,改變癌癥診斷和治療的過程。截至2014年,至少有 20項基于miRNA的臨床試驗在進行中。不過McGregor認為,miRNA僅僅代表了一類非編碼RNA,其他種類的miRNA也發揮了關鍵的調控作 用。“lncRNA、piwiRNA、tRNA – 整個非編碼RNA的世界無疑是值得關注的,”她說。
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