競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源性RNA(ceRNA)假設(shè)提出：具有共享的microRNA(miRNA)結(jié)合位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄本競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)錄后抑制。這一假設(shè)獲得了大量的關(guān)注，因?yàn)殚L(zhǎng)非編碼RNA( long non-coding RNAs)、偽基因轉(zhuǎn)錄本( pseudogene transcripts)和環(huán)狀RNA(circular RNAs)，同樣是作為信使RNA（mRNA）的一種替代功能。支持這一假設(shè)的實(shí)證證據(jù)正在積累，但并非沒有引起懷疑的態(tài)度。澳大利亞的加文醫(yī)學(xué)研究所的Daniel W. Thomson曾模擬轉(zhuǎn)錄組全范圍內(nèi)結(jié)合位點(diǎn)豐度的研究表明，大多數(shù)轉(zhuǎn)錄本表達(dá)的生理變化不會(huì)損害miRNA的活性。在這篇綜述中，作者批判性地評(píng)估了支持和反對(duì)ceRNA假說的證據(jù)，以評(píng)估內(nèi)源性miRNA-海綿相互作用的影響。

結(jié)果展示

1.ceRNA機(jī)制假說示意圖

A.當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源性RNA(ceRNA)，如偽基因，保持轉(zhuǎn)錄沉默（不轉(zhuǎn)錄）時(shí)，父本mRNA被轉(zhuǎn)錄并運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，成為microRNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(miRNA-RISC)的靶向目標(biāo)，導(dǎo)致mRNA加速降解、阻斷翻譯和蛋白表達(dá)下降。

B.當(dāng)具有競(jìng)爭(zhēng)靶位點(diǎn)（紅色）的偽基因具有轉(zhuǎn)錄活性時(shí)，它會(huì)競(jìng)爭(zhēng)miRNA靶向和RISC復(fù)合物的結(jié)合。該偽基因的RNA序列使miRNA-RISC復(fù)合物遠(yuǎn)離父本基因mRNA序列，進(jìn)而并導(dǎo)致父本基因表達(dá)增加。AGO, Argonaute蛋白（RISCs復(fù)合物的主要成員） ；PolII，RNA聚合酶II（基因轉(zhuǎn)錄酶）。

圖1.競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源性RNA（ceRNA）作用機(jī)制

正常基因的轉(zhuǎn)錄翻譯過程：細(xì)胞核DNA轉(zhuǎn)錄并剪接成成熟的mRNA，運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合病翻譯成蛋白多肽序列。翻譯后的修飾過程我們暫且不討論。ceRNA網(wǎng)絡(luò)發(fā)生影響的場(chǎng)景是核酸水平事件（即轉(zhuǎn)錄與翻譯之間）。其中眾多的microRNA（miRNA）在此過程中擔(dān)任是一個(gè)調(diào)控角色（負(fù)反饋調(diào)節(jié)）。miRNA能與mRNA的3‘UTR特異性結(jié)合，進(jìn)而導(dǎo)致mRNA加速降解、阻斷翻譯和蛋白表達(dá)下降。本文中講述的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，除了mRNA，miRNA之外，還有誰參與呢？它們又是扮演著什么角色？如何進(jìn)行的呢？

2.能與microRNA競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合的活性轉(zhuǎn)錄組

基因組編碼不同類型的RNA，包括mRNA、環(huán)狀RNA(circRNA)、表達(dá)3′未翻譯區(qū)域（3’UTR）、偽基因和長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)。所有RNA類型的轉(zhuǎn)錄構(gòu)成全部轉(zhuǎn)錄組，它們都可以共同競(jìng)爭(zhēng)miRNA靶向結(jié)合。大多數(shù)活性轉(zhuǎn)錄本能與microRNA靶向結(jié)合（即與RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)的結(jié)合相關(guān)），也包括編碼轉(zhuǎn)錄本（即mRNAs）。

圖2.基因組編碼的全轉(zhuǎn)錄組示意圖

ceRNA假說的一個(gè)吸引人的方面是，它提供了一種途徑，通過識(shí)別miRNA結(jié)合位點(diǎn)來預(yù)測(cè)任何未特征RNA轉(zhuǎn)錄本的非編碼功能。許多蛋白質(zhì)編碼的轉(zhuǎn)錄本(即 mRNAs)也通過ceRNA機(jī)制產(chǎn)生非編碼功能。盡管使用序列搜索算法識(shí)別假定的ceRNA相互作用相對(duì)容易，實(shí)驗(yàn)對(duì)于確定真正的miRNA靶點(diǎn)和ceRNA的相互作用至關(guān)重要。在目前水平上，識(shí)別ceRNA相互作用的實(shí)驗(yàn)框架包括表明假定的ceRNA的過度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)增加，或在ceRNA被抑制時(shí)觀察相互關(guān)系。

從上示意圖可見，多種轉(zhuǎn)錄組產(chǎn)物能與miRNA-RICS復(fù)合物相互結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)ceRNA網(wǎng)絡(luò)。從數(shù)量的角度看，mRNA是主體成份，其余的非編碼RNA是次要成分，起調(diào)節(jié)作用。miRNA主導(dǎo)抑制mRNA的正常翻譯表達(dá)的作用，剩余的偽基因，長(zhǎng)非編碼RNA，3’UTR表達(dá)區(qū)域，環(huán)狀RNA等則作為競(jìng)爭(zhēng)者的姿態(tài)，幫助mRNA逃脫miRNA的抑制作用，從而上調(diào)該基因的表達(dá)。俗話有云：敵人的敵人就是朋友！

3.用于評(píng)估轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)微RNA結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)的策略

A.MicroRNA(miRNA)-靶簇使用靶預(yù)測(cè)算法不對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行預(yù)測(cè)。miRNA-靶簇預(yù)測(cè)覆蓋在基因表達(dá)(mRNA)和miRNA表達(dá)的數(shù)據(jù)庫中。在預(yù)測(cè)的miRNA-靶點(diǎn)簇中，生理上的miRNA抑制由miRNAs 證明，其靶點(diǎn)在表達(dá)中呈反相關(guān)。為了證明同一生物群團(tuán)內(nèi)的mRNA靶點(diǎn)在爭(zhēng)奪 miRNA靶點(diǎn)，共同的miRNA靶點(diǎn)顯示出相關(guān)的表達(dá)，支持競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源性RNA(ceRNA) 假說。

B. miRNA豐度（例如，用記者分析測(cè)定）與miRNA豐度（例如，用小RNA測(cè)序（RNA-seq）測(cè)定）的相關(guān)性較弱。通過測(cè)量和比較每個(gè)miRNA的目標(biāo)豐度，可以研究miRNA活性和豐度（表示為*）之間的不相關(guān)性。

C.通過miRNA過表達(dá)和基因表達(dá)分析來識(shí)別miRNA靶基因。將下調(diào)基因與預(yù)測(cè)的miRNA靶位點(diǎn)豐度進(jìn)行比較，能夠表明具有較大靶池的過表達(dá)的miRNA具有稀釋活性。

圖3.用于評(píng)估轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)微RNA結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)的策略示意圖

作者從基因表達(dá)數(shù)據(jù)中對(duì)ceRNA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。原則上，基因受到調(diào)控的程度ceRNA可以通過列出所有miRNA-靶對(duì)并評(píng)估相同 miRNA靶向的mRNA是否在表達(dá)中顯著更相關(guān)來評(píng)估。為了支持ceRNA假說，miRNA-靶生物星團(tuán)中的mRNA與表達(dá)相關(guān)，提示在常見的靶mRNA中出現(xiàn)表達(dá)緩沖。全轉(zhuǎn)錄組RNA競(jìng)爭(zhēng)大的內(nèi)源性靶池可以降低miRNA的活性。通過比較轉(zhuǎn)錄組全靶點(diǎn)豐度預(yù)測(cè)與miRNA活性的高通量檢測(cè)，可以觀察到大量?jī)?nèi)源性靶點(diǎn)對(duì)miRNA活性的抑制作用。過量表達(dá)miRNA在較大目標(biāo)池的活性會(huì)被稀釋。測(cè)量大量?jī)?nèi) 源性靶點(diǎn)的抑制效應(yīng)的一種替代方法是比較預(yù)測(cè) 的靶點(diǎn)豐度與miRNA過表達(dá)后的miRNA靶點(diǎn)抑制作 用(圖3c)。使用這種方法，預(yù)測(cè)的miRNA靶豐度與下調(diào)的微陣列數(shù)據(jù)集進(jìn)行了比較ceRNA可以通過列出所有miRNA-靶對(duì)并評(píng)估相同miRNA靶向的mRNA是否在表達(dá)中顯著更相關(guān)來評(píng)估。

4.miRNA的相對(duì)細(xì)胞豐度和預(yù)測(cè)靶位點(diǎn)的示意圖

單個(gè)miRNAs(黑線) 的豐度（每個(gè)細(xì)胞拷貝），其中前10個(gè)最豐富的miRNAs構(gòu)成了所有細(xì)胞miRNAs的大多數(shù)。每個(gè)miRNA預(yù)測(cè)的miRNA靶位點(diǎn)的總數(shù)通常超過了miRNA的豐度。預(yù)測(cè)的miRNA靶位點(diǎn)包括mRNA（藍(lán)線）、長(zhǎng)非編碼RNA（lncRNA、紫色線）和偽基因（橙色線）。大多數(shù)預(yù)測(cè)的目標(biāo)位點(diǎn)都在mRNAs范圍內(nèi)。

圖4.miRNA的相對(duì)細(xì)胞豐度和預(yù)測(cè)靶位點(diǎn)的示意圖

ceRNA驗(yàn)證的限制不能排除全轉(zhuǎn)錄組建模數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之間的差異是每種方法的特定限制的結(jié)果。在這里，我們總結(jié)了用于研究ceRNA機(jī)制的實(shí)驗(yàn)方法和生物信息學(xué)方法的顯著局限性。評(píng)估ceRNA活性的研究，特別是數(shù)學(xué)建模研究的一個(gè)潛在壓倒性的局限性，是它們完全依賴于miRNA-目標(biāo)預(yù)測(cè)算法的應(yīng)用。大家都意識(shí)到miRNA預(yù)測(cè)算法的局限性和不足。例如，許多算法只包括編碼轉(zhuǎn)錄本的 3‘UTR的靶點(diǎn)預(yù)測(cè)，就像TargetScan， Probability of Interaction by Target Accessibility (PITA), miRanda等的情況一樣. 此外，許多算法依賴于物種之間的守恒，很少考慮到表達(dá)水平，在觀察ceRNA網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常只研究少量的轉(zhuǎn)錄本。

小結(jié)

通過ceRNA機(jī)制發(fā)現(xiàn)lncRNA功能的令人興奮的前景引起了極大的興趣。它成功的關(guān)鍵是它作為一種全球機(jī)制的潛力。然而，這被證明是一把雙刃劍：雖然它可以提供一種機(jī)制來解釋任何RNA的功能，但它也必須在整個(gè)轉(zhuǎn)錄組的背景下被仔細(xì)審查。理解miRNA和ceRNA的化學(xué)計(jì)量學(xué)是至關(guān)重要的，因?yàn)閙iRNA的有效性是由其細(xì)胞豐度決定的22 或者，更準(zhǔn)確地說，它在RISC復(fù)合物中的豐富度。文章中考慮到非編碼的RNA時(shí)特別相關(guān)，這些RNA只占了miRNA靶點(diǎn)總池的一小部分。相反，ceRNA功能增強(qiáng)的模型的澄清可以解釋ceRNA活性如何不僅僅表現(xiàn)為其表達(dá)的功能，例如ceRNA濃度在空間或時(shí)間上富集，以滿足ceRNA活性的高表達(dá)要求，或者RNA穩(wěn)定性是否增加。

最后，這篇綜述的重點(diǎn)是講述miRNAs和miRNA靶點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)；然而，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)于這一領(lǐng)域的工作具有深遠(yuǎn)的影響，在逆轉(zhuǎn)錄的生物過程中，miRNA的抑制作用從可替代性的RNA結(jié)合蛋白到內(nèi)源性的RNA競(jìng)爭(zhēng)。